Applications of Statistical Modeling in Iterative CT Image Reconstruction

Thesis (Master's)--University of Washington, 2015

3D Reconstruction of Medical Images from Slices Automatically Landmarked with Growing Neural Models

In this study, we utilise a novel approach to segment out the ventricular system in a series of high resolution T1-weighted MR images. We present a brain ventricles fast reconstruction method. The method is based on the processing of brain sections and establishing a fixed number of landmarks onto those sections to reconstruct the ventricles 3D surface. Automated landmark extraction is accomplished through the use of the self-organising network, the growing neural gas (GNG), which is able to topographically map the low dimensionality of the network to the high dimensionality of the contour manifold without requiring a priori knowledge of the input space structure. Moreover, our GNG landmark method is tolerant to noise and eliminates outliers. Our method accelerates the classical surface reconstruction and filtering processes. The proposed method offers higher accuracy compared to methods with similar efficiency as Voxel Grid.

Analyzing and Modeling Medical Data on Distributed Computing Infrastructures

Researchers want to analyse Health Care data which may requires large pools of compute and data resources. To have them they need access to Distributed Computing Infrastructures (DCI). To use them it requires expertise which researchers may not have. Workflows can hide infrastructures. There are many workflow systems but they are not interoperable. To learn a workflow system and create workflows in a workflow system may require significant effort. Considering these efforts it is not reasonable to expect that researchers will learn new workflow systems if they want to run workflows of other workflow systems. As a result, the lack of interoperability prevents workflow sharing and a vast amount of research efforts is wasted. The FP7 Sharing Interoperable Workflow for Large-Scale Scientific Simulation on Available DCIs (SHIWA) project developed the Coarse-Grained Interoperability (CGI) to enable workflow sharing. The project created the SHIWA Simulation Platform (SSP) to support CGI as a production-level service. The paper describes how the CGI approach can be used for analysis and simulation in Health Care.

Image, video and 3D data registration: medical, satellite and video processing applications with quality metrics

Data registration refers to a series of techniques for matching or bringing similar objects or datasets together into alignment. These techniques enjoy widespread use in a diverse variety of applications, such as video coding, tracking, object and face detection and recognition, surveillance and satellite imaging, medical image analysis and structure from motion. Registration methods are as numerous as their manifold uses, from pixel level and block or feature based methods to Fourier domain methods. This book is focused on providing algorithms and image and video techniques for registration and quality performance metrics. The authors provide various assessment metrics for measuring registration quality alongside analyses of registration techniques, introducing and explaining both familiar and state–of–the–art registration methodologies used in a variety of targeted applications.

Cyclotech - contribution to solve the Technetium shortage by using low energy medical cyclotrons

This paper presents work in progress, to develop an efficient and economic way to directly produce Technetium 99metastable (99mTc) using low-energy cyclotrons. Its importance is well established and relates with the increased global trouble in delivering 99mTc to Nuclear Medicine Departments relying on this radioisotope. Since the present delivery strategy has clearly demonstrated its intrinsic limits, our group decided to follow a distinct approach that uses the broad distribution of the low energy cyclotrons and the accessibility of Molybdenum 100 (100Mo) as the Target material. This is indeed an important issue to consider, since the system here presented, named CYCLOTECH, it is not based on the use of Highly Enriched (or even Low Enriched) Uranium 235 (235U), so entirely complying with the actual international trends and directives concerning the use of this potential highly critical material. The production technique is based on the nuclear reaction 100Mo (p,2n) 99mTc whose production yields have already been documented. Until this moment two Patent requests have already been submitted (the first at the INPI, in Portugal, and the second at the USPTO, in the USA); others are being prepared for submission on a near future. The object of the CYCLOTECH system is to present 99mTc to Nuclear Medicine radiopharmacists in a routine, reliable and efficient manner that, remaining always flexible, entirely blends with established protocols. To facilitate workflow and Radiation Protection measures, it has been developed a Target Station that can be installed on most of the existing PET cyclotrons and that will tolerate up to 400 μA of beam by allowing the beam to strike the Target material at an adequately oblique angle. The Target Station permits the remote and automatic loading and discharge of the Targets from a carriage of 10 Target bodies. On other hand, several methods of Target material deposition and Target substrates are presented. The object was to create a cost effective means of depositing and intermediate the target material thickness (25 - 100μm) with a minimum of loss on a substrate that is able to easily transport the heat associated with high beam currents. Finally, the separation techniques presented are a combination of both physical and column chemistry. The object was to extract and deliver 99mTc in the identical form now in use in radiopharmacies worldwide. In addition, the Target material is recovered and can be recycled.

Marcação CE de dispositivos médicos e segurança em software

Com o crescente aumento da Teleradiologia, sentiu-se necessidade de criar mais e melhores softwares para sustentar esse crescimento. O presente trabalho pretende abordar a temática da certificação de software e a sua marcação CE, pois para dar entrada no mercado Europeu todos os Dispositivos Médicos (DM) têm de estar devidamente certificados. Para efetuar a marcação CE e a certificação serão estudadas normas e normativos adequados para marcação de DM ao nível Europeu e também dos Estados Unidos da América. A temática da segurança de dados pessoais será também estudada de forma a assegurar que o dispositivo respeite a legislação em vigor. Este estudo tem como finalidade a certificação de um software proprietário da efficientia sysPACS, um serviço online abrangente, que permite a gestão integrada do armazenamento e distribuição de imagens médicas para apoio ao diagnóstico.

PHYSQuiz - Aplicação computacional para formação contínua em Física Radiológica

Mestrado em Engenharia de Computação e Instrumentação Médica

Exposição de profissionais de saúde a radiações ionizantes : confiança dos profissionais nas leituras de dosimetria individual

Resumo - O avanço tecnológico e científico no campo da Medicina tem favorecido a aplicação das radiações ionizantes nas áreas da Medicina Nuclear, Radiologia, Radioterapia e noutras especialidades relacionadas com a medicina de intervenção, como a Cardiologia. As Organizações de Saúde, com profissionais com risco de exposição a radiações ionizantes, são responsáveis, legislativamente, por assegurar a sua vigilância. Certificando a observação controlada das doses de exposição, os profissionais são monitorizados com dosímetros individuais e submetidos a vigilância médica. As leituras de dosímetria individual destes profissionais, originam por vezes, nos próprios, desconfianças e incertezas quanto aos valores medidos. Objectivo: avaliar o grau de confiança dos profissionais de saúde, expostos a radiações ionizantes, no sistema de monitorização individual. Metodologia: estudo observacional do tipo analítico- transversal, por questionário. Amostra de 190 Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica de Cardiopneumologia, Medicina Nuclear, Radiologia, Radioterapia, expostos a radiações ionizantes, que exercem a sua actividade profissional em hospitais do concelho de Lisboa. Resultados: 51,1% dos Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica não confiam nas leituras dos dosímetros, não se determinou uma relação estatisticamente significativa entre essa confiança, o tipo de dosímetro e a empresa que realiza as leituras. A confiança é maior nos que exercem em Organizações de Saúde públicas. 40,2% das Organizações de Saúde apresentam plano de vigilância médica, constatando-se uma falta de conformidade entre os Técnicos de Diagnóstico e Terapêutica, nalguns hospitais, relativamente à existência desse plano no respectivo hospital. A margem de erro associado ao estudo é de 5,09%, com um nível de confiança de 95%. -----------Abstract - The technological and scientific advances in the field of medicine has encouraged the application of ionizing radiation with a considerable positive contribution in the areas of Nuclear Medicine, Radiology, Radiotherapy and other specialties related to medical intervention like Cardiology. The Health Organizations that arise the risk of occupational exposure to ionizing radiation and is their responsibility to ensure monitoring, according the law. To ensure the monitoring of controlled doses of exposure, the exposed works use an individual dosimeter and undergo medical supervision. The individual dosimetry readings of health-care professionals, is sometimes questionable for themselves, arising distrust and uncertainty about the values measured. Objective: evaluate the degree of confidence of health professionals, exposed to radiation, on the system of individual monitoring. Methods: Observational study of cross-type analysis by questionnaire. Sample of 190 of technologists of Cardiopneumology, Nuclear Medicine, Radiology, Radiotherapy, exposed to ionizing radiation, which work in hospitals on the region of Lisbon. Results: 51.1% of technologists does not rely on the readings of their dosimeters, and wasn’t determined a statistically significant relationship between this trust, the type of dosimeter and the company that makes the readings(s) of their(s) dosimeter(s). The confidence in the readings is higher in public Health Organizations. 40.2% of the Health Organizations have medical monitoring plan and there is a disagreement between technologists, in some hospitals, relatively to the existence of this plan in their hospital. It was estimated that the u

A saúde fora de portas: o projeto de literacia da informação da ESTeSL

Introdução – A pesquisa de informação realizada pelos estudantes de ensino superior em recursos eletrónicos não corresponde necessariamente ao domínio de competências de pesquisa, análise, avaliação, seleção e bom uso da informação recuperada. O conceito de literacia da informação ganha pertinência e destaque, na medida em que abarca competências que permitem reconhecer quando é necessária a informação e de atuar de forma eficiente e efetiva na sua obtenção e utilização. Objetivo – A meta da Escola Superior de Tecnologia da Saúde de Lisboa (ESTeSL) foi a formação em competências de literacia da informação, fora da ESTeSL, de estudantes, professores e investigadores. Métodos – A formação foi integrada em projetos nacionais e internacionais, dependendo dos públicos-alvo, das temáticas, dos conteúdos, da carga horária e da solicitação da instituição parceira. A Fundação Calouste Gulbenkian foi o promotor financeiro privilegiado. Resultados – Decorreram várias intervenções em território nacional e internacional. Em 2010, em Angola, no Instituto Médio de Saúde do Bengo, formação de 10 bibliotecários sobre a construção e a gestão de uma biblioteca de saúde e introdução à literacia da informação (35h). Em 2014, decorrente do ERASMUS Intensive Programme, o OPTIMAX (Radiation Dose and Image Quality Optimisation in Medical Imaging) para 40 professores e estudantes de radiologia (oriundos de Portugal, Reino Unido, Noruega, Países Baixos e Suíça) sobre metodologia e pesquisa de informação na MEDLINE e na Web of Science e sobre o Mendeley, enquanto gestor de referências (4h). Os trabalhos finais deste curso foram publicados em formato de ebook (http://usir.salford.ac.uk/34439/1/Final%20complete%20version.pdf), cuja revisão editorial foi da responsabilidade dos bibliotecários. Ao longo de 2014, na Escola Superior de Educação, Escola Superior de Dança, Instituto Politécnico de Setúbal e Faculdade de Medicina de Lisboa e, ao longo de 2015, na Universidade Aberta, Escola Superior de Comunicação Social, Instituto Egas Moniz, Faculdade de Letras de Lisboa e Centro de Linguística da Universidade de Lisboa foram desenhados conteúdos sobre o uso do ZOTERO e do Mendeley para a gestão de referências bibliográficas e sobre uma nova forma de fazer investigação. Cada uma destas sessões (2,5h) envolveu cerca de 25 estudantes finalistas, mestrandos e professores. Em 2015, em Moçambique, no Instituto Superior de Ciências da Saúde, decorreu a formação de 5 bibliotecários e 46 estudantes e professores (70h). Os conteúdos ministrados foram: 1) gestão e organização de uma biblioteca de saúde (para bibliotecários); 2) literacia da informação: pesquisa de informação na MEDLINE, SciELO e RCAAP, gestores de referências e como evitar o plágio (para bibliotecários e estudantes finalistas de radiologia). A carga horária destinada aos estudantes incluiu a tutoria das monografias de licenciatura, em colaboração com mais duas professoras do projeto. Para 2016 está agendada formação noutras instituições de ensino superior nacionais. Perspetiva-se, ainda, formação similar em Timor-Leste, cujos conteúdos, datas e carga horária estão por agendar. Conclusões – Destas iniciativas beneficia a instituição (pela visibilidade), os bibliotecários (pelo evidenciar de competências) e os estudantes, professores e investigadores (pelo ganho de novas competências e pela autonomia adquirida). O projeto de literacia da informação da ESTeSL tem contribuído de forma efetiva para a construção e para a produção de conhecimento no meio académico, nacional e internacional, sendo a biblioteca o parceiro privilegiado nesta cultura de colaboração.

Embolização das artérias prostáticas no tratamento da hiperplasia benigna da próstata : estudo anátomo-clínico

Resumo: A hiperplasia benigna da próstata (HBP) tem elevada prevalência nos homens entre os 50 e 79 anos de idade, sendo ubiquitária com o envelhecimento. Devido à significativa morbi-mortalidade associada aos tratamentos médicos e cirúrgicos currentemente disponíveis, são necessárias novas tecnologias para melhorar os resultados e minimizar o desconforto dos doentes. Recentemente, estudos preliminares de experimentação animal e em 3 doentes tratados, sugeriram a embolização arterial prostática selectiva (EAPS) como hipótese terapêutica para a HBP. Decidimos investigar se a EAPS poderia ser um procedimento bem sucedido no tratamento da HBP gravemente sintomática. Para tal realizámos um estudo anátomo-radiológico e clínico em 63 doentes com recurso a uma terapêutica inovadora minimamente invasiva guiada pela imagem. Avaliámos 126 hemipélvis com recurso a Angio-RM, Angio-TC e Angiografia Digital de Subtracção, com o intuito de definir os padrões básicos de bifurcação das artérias ilíacas internas até agora apenas descritos em estudos cadavéricos. Estudámos ainda o suprimento vascular arterial prostático, identificando: 1 as artérias prostáticas; 2 origem e direcção; 3 os ramos intra-prostáticos; 4 anastomoses com outras artérias. Em relação aos resultados anatómicos, identificámos 181 artérias prostáticas, já que em 43.7% das hemipélvis existiam dois pedículos arteriais prostáticos com origens independentes. A origem mais frequente foi a artéria pudenda interna (39.7%), seguida do tronco comum glúteo-pudendo (21%) e da artéria vesical superior (18.2%). Origens menos frequentes foram a artéria obturadora (12.1%), as artérias glúteas inferior (3.9%)ou superior (1.7%), ramos rectais provenientes da artéria mesentérica inferior (1.7%) e a artéria pudenda acessória (1.7%). Identificaram-se anastomoses com as artérias adjacentes em 57.9% dos casos: com a terminação da artéria pudenda interna (41.6%),artérias prostáticas contra-laterais (18.2%) e homo-laterais (11.7%), com ramos rectais (15.6%) e com artérias vesicais (12.9%). Em relação ao estudo clínico tratámos 63 doentes (idades compreendidas entre 52 - 82 anos, média 69.5 anos) com HBP gravemente sintomática refractária à terapêutica médica há mais de 6 meses. Foi possível avaliação após o tratamento em 37 doentes: média de seguimento de 4.7 meses (variando entre 1 e 12 meses). A EAPS unilateral foi possível em todos os doentes, com embolização bilateral em 73% dos casos. A embolização bilateral não foi possível em 27% dos casos devido a tortuosidade, alterações ateroescleróticas e pequeno calibre das artérias ilíacas e/ou prostáticas. Em média houve uma melhoria do International Prostate Symptom Score (IPSS) de 10.8 pontos, da QoL de 1.5 pontos e do Internationl Index of Erectile Function (IIEF) de 2.1 pontos. Houve uma redução média do PSA de 30% (2.4 ng/mL), um aumento do pico de fluxo urinário (Qmax) de 3.1 - 3.85 mL/s e uma redução média do volume prostático de 21% (18.5 mL). Registou-se uma complicação major: pequena área de isquémia da parede vesical tratada cirurgicamente. Em 75% dos doentes tratados obteve-se sucesso clínico com franca melhoria dos sintomas, enquanto 25% dos doentes foram considerados insucesso clínico por se ter registado uma fraca ou ausente melhoria sintomática após a embolização. Os restantes doentes tratados estão sob controlo evolutivo, pararam toda a medicação prostática, sem qualquer caso de disfunção sexual associada com o tratamento. Este trabalho constitui o primeiro estudo anatómico descritivo in vivo das artérias prostáticas, conseguido devido à utilização de técnicas de imagem nunca usadas para este fim. O uso clínico dos dados anatómicos acima referidos permitiu a implementação de técnicas de Radiologia de Intervenção no tratatamento de uma doença de elevada prevalência. ------------------------------- ABSTRACT: Benign prostatic hyperplasia (BPH) has high prevalence in men aged 50–79 years being ubiquitous with aging. Due to significant morbi-mortality associated with currently available medical and surgical treatments, there is the need for innovative technologies to continue to improve outcomes and minimize patient discomfort and morbidity. Recently, prostatic arterial embolization (PAE) was suggested as a treatmentoption for BPH based on preliminary results from animal studies and 3 treated patients. We decided to investigate if PAE might be a successful treatment option for severely symptomatic BPH patients. We performed a clinical and anatomical-radiological study in 63 patients with the use of an inovative image-guided minimally invasive technique. We evaluated 126 pelvic sides using Angio-MR or Angio-CT and Catheter Angiography before embolisation to treat symptomatic BPH. We aimed to define the main branching patterns of the male internal iliac arteries, so far only studied in the cadaver. We also evaluated the prostatic arterial supply, identifying: 1 the prostatic arteries; 2 origin and direction; 3 intra-prostatic branches; 4 anastomoses with surrounding arteries. Regarding the anatomical study we identified 181 prostatic arteries, because in 43.7% of pelvic sides 2 separate prostatic vascular pedicles were found. The most frequent origin was the internal pudendal artery (39.7%) with the common glutealpudendal trunk (21%) and superior vesical arteries (18.2%) the next commonest. Less frequent origins were the obturator artery (12.1%), the inferior (3.9%) or superior (1.7%) gluteal arteries, rectal branches from the inferior mesenteric artery (1.7%) and the accessory pudendal artery (1.7%). There were anastomoses with the surrounding arteries in 57.9% of cases: termination of the internal pudendal artery (41.6%), contralateral prostatic arteries (18.2%), same-side prostatic arteries (11.7%), rectal branches (15.6%), and vesical arteries (12.9%).Regarding the clinical study, we treated 63 patients aged 52–82 years (mean 69.5 years) who presented with symptomatic BPH refractory to medical treatment for at least 6 months. Follow-up evaluation (mean 4.7 months, range 1-12 months) was possible in 37 patients. PAE was achieved in all patients with bilateral embolization in 73%. In 27% PAE was performed unilaterally due to tortuosity, atherosclerotic changes and small size of iliac and prostatic arteries. There was a mean decrease in the IPSS of 10.8 points, a mean improvement in QoL of 1.5 points, and a mean increase in the sexual function score of 2.1 points. There was a mean PSA reduction of 30% (2.4 ng/mL), a Qmax increase of 3.1 to 3.85 mL/sec, and a mean prostate volume decrease of 21% (18.5 mL). There was one major complication: a small area of bladder wall ischemia treated by surgery. Overall, 75% of patients were considered clinical success with major improvement after PAE, while 25% of patients were considered clinical failure with little or no improvement after PAE. All remaining patients are under follow-up, stopped all prostatic medication, and reported no sexual dysfunction. This study is the first one to describe the radiological anatomy of the prostatic arteries, with the use of imaging techniques never used for this purpose before. The clinical use of the anatomical findings allowed the implementation of Interventional Radiology tehniques in the treatment of a disease with a high prevalence.

Mutilations Due to Medical Disorders in Children

Soft-tissue and bone necrosis, although rare in childhood, occasionally occur in the course of infectious diseases, either viral or bacterial, and seem to be the result of hypoperfusion on a background of disseminated intravascular coagulation. Treatment consists in correction of septic shock and control of necrosis. Necrosis, once started, shows extraordinarily rapid evolution, leading to soft-tissue and bone destruction and resulting in anatomic, functional, psychological, and social handicaps. Ten mutilated children were treated from January 1986 to January 1999 in Hospital de Dona Estefaˆ nia, Lisbon, Portugal. One was recovering from hemolytic-uremic syndrome with a severe combined immunodeficiency, another malnourished, anemic child had malaria, and three had chicken pox (in one case complicated by meningococcal septicemia). There were three cases of meningococcal and two of pyocyanic septicemia (one in a burned child and one in a patient with infectious mononucleosis). The lower limbs (knee,leg, foot) were involved in five cases, the face (ear, nose, lip) in four, the perineum in three, the pelvis (inguinal region, iliac crest) in two, the axilla in one, and the upper limb (radius, hand) in two. Primary prevention is based on early recognition of risk factors and timely correction. Secondary prevention consists of immediate etiologic and thrombolytic treatment to restrict the area of necrosis. Tertiary prevention relies on adequate rehabilitation with physiotherapy and secondary operations to obtain the best possible functional and esthetic result.