Virtual simulation of the postsurgical cosmetic outcome in patientswith pectus excavatum

Pectus excavatum is the most common congenital deformity of the anterior chest wall, in which several ribs and the sternum grow abnormally. Nowadays, the surgical correction is carried out in children and adults through Nuss technic. This technic has been shown to be safe with major drivers as cosmesis and the prevention of psychological problems and social stress. Nowadays, no application is known to predict the cosmetic outcome of the pectus excavatum surgical correction. Such tool could be used to help the surgeon and the patient in the moment of deciding the need for surgery correction. This work is a first step to predict postsurgical outcome in pectus excavatum surgery correction. Facing this goal, it was firstly determined a point cloud of the skin surface along the thoracic wall using Computed Tomography (before surgical correction) and the Polhemus FastSCAN (after the surgical correction). Then, a surface mesh was reconstructed from the two point clouds using a Radial Basis Function algorithm for further affine registration between the meshes. After registration, one studied the surgical correction influence area (SCIA) of the thoracic wall. This SCIA was used to train, test and validate artificial neural networks in order to predict the surgical outcome of pectus excavatum correction and to determine the degree of convergence of SCIA in different patients. Often, ANN did not converge to a satisfactory solution (each patient had its own deformity characteristics), thus invalidating the creation of a mathematical model capable of estimating, with satisfactory results, the postsurgical outcome

Variations of the soft tissue thicknesses external to the ribs in Pectus Excavatum patients

Background: Surgical repair of pectus excavatum (PE) has become more popular due to improvements in the minimally invasive Nuss procedure. The pre-surgical assessment of PE patients requires Computerized Tomography (CT), as the malformation characteristics vary from patient to patient. Objective: This work aims to characterize soft tissue thickness (STT) external to the ribs among PE patients. It also presents a comparative analysis between the anterior chest wall surface before and after surgical correction. Methods: Through surrounding tissue segmentation in CT data, STT values were calculated at different lines along the thoracic wall, with a reference point in the intersection of coronal and median planes. The comparative analysis between the two 3D anterior chest surfaces sets a surgical correction influence area (SCIA) and a volume of interest (VOI) based on image processing algorithms, 3D surface algorithms, and registration methods. Results: There are always variations between left and right side STTs (2.54±2.05 mm and 2.95±2.97 mm for female and male patients, respectively). STTs are dependent on age, sex, and body mass index of each patient. On female patients, breast tissue induces additional errors in bar manual

Automatic modeling of pectus excavatum corrective prosthesis using artificial neural networks

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax. Pre-operative diagnosis usually includes Computed Tomography (CT) to successfully employ a thoracic prosthesis for anterior chest wall remodeling. Aiming at the elimination of radiation exposure, this paper presents a novel methodology for the replacement of CT by a 3D laser scanner (radiation-free) for prosthesis modeling. The complete elimination of CT is based on an accurate determination of ribs position and prosthesis placement region through skin surface points. The developed solution resorts to a normalized and combined outcome of an artificial neural network (ANN) set. Each ANN model was trained with data vectors from 165 male patients and using soft tissue thicknesses (STT) comprising information from the skin and rib cage (automatically determined by image processing algorithms). Tests revealed that ribs position for prosthesis placement and modeling can be estimated with an average error of 5.0 ± 3.6 mm. One also showed that the ANN performance can be improved by introducing a manually determined initial STT value in the ANN normalization procedure (average error of 2.82 ± 0.76 mm). Such error range is well below current prosthesis manual modeling (approximately 11 mm), which can provide a valuable and radiation-free procedure for prosthesis personalization.

Variations of the soft tissue thicknesses external to the ribs in pectus excavatum patients

Background: Surgical repair of pectus excavatum (PE) has become more popular due to improvements in the minimally invasive Nuss procedure. The pre-surgical assessment of PE patients requires Computerized Tomography (CT), as the malformation characteristics vary from patient to patient. Objective: This work aims to characterize soft tissue thickness (STT) external to the ribs among PE patients. It also presents a comparative analysis between the anterior chest wall surface before and after surgical correction. Methods: Through surrounding tissue segmentation in CT data, STT values were calculated at different lines along the thoracic wall, with a reference point in the intersection of coronal and median planes. The comparative analysis between the two 3D anterior chest surfaces sets a surgical correction influence area (SCIA) and a volume of interest (VOI) based on image processing algorithms, 3D surface algorithms, and registration methods. Results: There are always variations between left and right side STTs (2.54±2.05 mm and 2.95±2.97 mm for female and male patients, respectively). STTs are dependent on age, sex, and body mass index of each patient. On female patients, breast tissue induces additional errors in bar manual

Automatic modeling of pectus excavatum corrective prosthesis using artificial neural networks

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax. Pre-operative diagnosis usually includes Computed Tomography (CT) to successfully employ a thoracic prosthesis for anterior chest wall remodeling. Aiming at the elimination of radiation exposure, this paper presents a novel methodology for the replacement of CT by a 3D laser scanner (radiation-free) for prosthesis modeling. The complete elimination of CT is based on an accurate determination of ribs position and prosthesis placement region through skin surface points. The developed solution resorts to a normalized and combined outcome of an artificial neural network (ANN) set. Each ANN model was trained with data vectors from 165 male patients and using soft tissue thicknesses (STT) comprising information from the skin and rib cage (automatically determined by image processing algorithms). Tests revealed that ribs position for prosthesis placement and modeling can be estimated with an average error of 5.0 ± 3.6 mm. One also showed that the ANN performance can be improved by introducing a manually determined initial STT value in the ANN normalization procedure (average error of 2.82 ± 0.76 mm). Such error range is well below current prosthesis manual modeling (approximately 11 mm), which can provide a valuable and radiation-free procedure for prosthesis personalization.

Artificial neural networks for automatic modelling of the pectus excavatum corrective prosthesis

Pectus excavatum is the most common deformity of the thorax and usually comprises Computed Tomography (CT) examination for pre-operative diagnosis. Aiming at the elimination of the high amounts of CT radiation exposure, this work presents a new methodology for the replacement of CT by a laser scanner (radiation-free) in the treatment of pectus excavatum using personally modeled prosthesis. The complete elimination of CT involves the determination of ribs external outline, at the maximum sternum depression point for prosthesis placement, based on chest wall skin surface information, acquired by a laser scanner. The developed solution resorts to artificial neural networks trained with data vectors from 165 patients. Scaled Conjugate Gradient, Levenberg-Marquardt, Resilient Back propagation and One Step Secant gradient learning algorithms were used. The training procedure was performed using the soft tissue thicknesses, determined using image processing techniques that automatically segment the skin and rib cage. The developed solution was then used to determine the ribs outline in data from 20 patient scanners. Tests revealed that ribs position can be estimated with an average error of about 6.82±5.7 mm for the left and right side of the patient. Such an error range is well below current prosthesis manual modeling (11.7±4.01 mm) even without CT imagiology, indicating a considerable step forward towards CT replacement by a 3D scanner for prosthesis personalization.

Estudo da influência do número de ciclos por projecção no cálculo da fracção de ejecção ventricular esquerda em estudos Gated-SPECT

Introdução - Gated-Single Photon Emission Computed Tomography (Gated-SPECT) do miocárdio usa-se cada vez mais na avaliação conjunta da perfusão do miocárdio e da função ventricular esquerda. O objectivo deste estudo é analisar a possível interferência do número de ciclos cardíacos (ciclos/projecção) e contagens totais por aquisição no cálculo da FEVE (fracção de ejecção do ventrículo esquerdo). Material e métodos - Foram incluídos 35 indivíduos a quem foram realizados estudos Gated-SPECT do miocárdio por indicação clínica. Em todos os pacientes foram adquiridos dois estudos em esforço: um com 25 ciclos! projecção (ES-25) e outro com 50 ciclos! projecção (ES-50), e dois estudos em repouso: um com 25 ciclos/projecção (ER-25) e outro com 12 ciclos! projecção (ER-1 2). Os valores da FEVE obtidos nos diferentes estudos foram tratados estatisticamente com o recurso à versão 14 SPSS. Resultados - Não houve diferenças estatisticamente significativas entre os valores de FEVE ES-25 e ES-50 (p=0.504) nem entre os valores de FEVE ER-25 e ER-12 (p=O.243). Conclusão - No caso da nossa amostra, o número de ciclos!projecção e consequentemente as contagens totais por aquisição não parecem ter influência de forma significativa no cálculo da FEVE%, nem em repouso nem após esforço.

Utilidade da PET/CT, (18F-FDG), no estudo do linfoma Hodgkin e linfoma não Hodgkin

Os linfomas são tumores estabelecidos a nível do sistema linfático. Devido à sua heterogeneidade classificam-se como Linfoma Hodgkin (LH) e Linfoma não Hodgkin (LNH), apresentando diferente prognóstico e seguimento quimioterapêutico. Actualmente, a Photon Emission Tomography/Computed Tomography (PET/CT, do acrónimo inglês) é considerada “imagem” de excelência no estudo desta patologia. Neste contexto, é objectivo deste artigo verificar a utilidade da técnica PET/CT e correlacionar o valor de Standard Uptake Value (SUV), obtido pela PET, com o estadio histológico do linfoma e com a resposta ao tratamento quimioterapêutico. Metodologia - Analisaram-se retrospectivamente 356 estudos respeitantes a 231 pacientes, aos quais se realizou uma PET/CT para estadiamento, estudo de massa ou avaliação da resposta ao tratamento. Após a administração de uma actividade média de 18F-FDG de 288,6 MBq, foram adquiridas imagens numa PET/CT GE Discovery ST. Os resultados obtidos foram comparados com os dados clínicos dos pacientes. Resultados - Foram encontradas diferenças significativas entre a idade Vs tipo de linfoma. Não foram encontradas diferenças significativas entre: valor de SUVmáx ganglionar, lesões extra-ganglionares e seu valor de SUV relativamente ao tipo de linfoma. Comprovou-se a influência da PET/CT na alteração do estadio do linfoma e atitude terapêutica. Em última análise, obtiveram-se respectivamente os seguintes valores de sensibilidade, especificidade e exactidão: 98%, 79% e 88%. Conclusões - Os resultados obtidos permitem verificar a importância da imagem PET/CT no estadiamento, monitorização e alteração da atitude terapêutica dos LH e LNH.

Utilidade do PET/CT na caracterização do nódulo solitário pulmonar

Introdução – O cancro de pulmão/traqueia e brônquios é a principal causa de morte por neoplasia na União Europeia. A técnica de duas aquisições de imagem em tempos diferentes no Positron Emission Tomography/Computed Tomography (PET/CT) tem sido referenciada em alguns artigos como uma mais-valia no diagnóstico do cancro do pulmão. O objectivo deste estudo consiste em avaliar a eficiência diagnóstica do PET/CT com a aquisição das duas imagens em tempos diferentes na caracterização do nódulo solitário pulmonar (NSP), tendo em conta a histologia e o tamanho do nódulo. Metodologia – Foram analisados 115 NSP, num total de 110 pacientes, dos quais 65 nódulos eram malignos. Adquiriram-se duas imagens, a primeira a um tempo médio de 52 minutos e a segunda a um tempo médio de 125 minutos após administração do 18F-2-fluoro-2-deoxi-D-glucose (18F-FDG). Para a análise das imagens obteve-se o standard uptake value máximo (SUVmax) e a percentagem de variação dos SUVmax (%variação). Resultados – A %variação apresenta valores de eficiência diagnóstica superiores à análise dos SUVmax em separado. Existem também diferenças significativas na histologia e no SUVmax, registando-se um aumento do SUVmax2 comparativamente ao SUVmax1 nas patologias malignas. Conclusão – A técnica da aquisição de duas imagens em tempos diferentes mostrou ser mais eficaz na caracterização do NSP do que a análise de apenas uma imagem.

Contributo para o estabelecimento de níveis de referência de diagnóstico em equipamentos de TC multidetectores

Actualmente a Tomografia Computorizada (TC) é um dos métodos de diagnóstico por imagem que tem uma maior contribuição para a dose de radiação X recebida pelos pacientes. Pretende-se com este estudo avaliar as doses praticadas em TC e contribuir para o estabelecimento de Níveis de Referência de Diagnóstico (NRD) na região da Grande Lisboa, Portugal. Foram efectuadas medições de dose em 5 equipamentos de TC multidetectores, considerando o abdómen como área anatómica de interesse. Recorreu-se a uma câmara de ionização e a um fantoma para obter o índice de dose de TC (CTDI) e o produto dose-comprimento (DLP), que permitem determinar os NRD. Estes valores foram comparados com os NRD propostos pela Guideline Europeia e com os estudos desenvolvidos em outros países, como o Reino Unido, Grécia e Taiwan. Os resultados revelaram que os valores de NRD obtidos neste estudo (16,7 mGy para o CTDIvol e 436,5 mGy·cm para o DLP) são discrepantes relativamente à Guideline Europeia (±50%), mas muito próximos relativamente aos NRD estabelecidos nos países considerados. Estes valores podem ser eventualmente explicados pelos equipamentos em análise e pela utilização de protocolos de exame adoptados pelos profissionais de Radiologia nas instituições analisadas. ABSTRACT - Nowadays Computed Tomography (CT) is one of the imaging techniques which have a large contribution to radiation dose received by patients. The purpose of this study is to evaluate CT doses and contribute to the establishment of Diagnostic Reference Levels (DRL) in Lisbon, Portugal. Dose measurements on 5 multidetector CT scanners have been performed, considering the abdomen as the anatomic region of interest. All measurements were performed using an ionization chamber and a phantom to obtain the index CT dose (CTDI) and the dose-length product (DLP), which are used to determine DRL. These values were compared not only with European reference dose values but also with DRL studies developed in other countries like United Kingdom, Greece and Taiwan. The results revealed that DRL values obtained in this study (CTDIvol is 16,7 mGy and DLP is 436,5 mGy·cm) have a higher discrepancy to European Guideline (±50%), while the DRL´s of other countries are nearest to values obtained in this study. Those differences may be eventually explained by the type of the evaluated equipments but also by the exam protocols used by the Radiology professionals on the analyzed institutions.

Influência de diferentes parâmetros na diminuição da actividade extra-miocárdica nos estudos Gated-SPECT

A imagem de perfusão do miocárdio por tomografia computorizada de emissão de fotão único (SPECT, do acrónimo inglês Single Photon Emission Computed Tomography) é um dos exames complementares de diagnóstico mais indicados na cardiologia clínica. Os dois agentes tecneciados mais utilizados são o 99mTc-tetrofosmina e o 99mTc-sestamibi. Estes permitem avaliar a distribuição do fluxo sanguíneo no músculo cardíaco. O mecanismo de fixação é idêntico nos dois radiofármacos (RF’s). São excretados, do organismo, a partir do sistema hepatobiliar para o duodeno e para o intestino. Assim, o RF está presente tanto no coração como nos órgãos adjacentes. O coração encontra-se localizado sobre o diafragma, logo acima do lobo esquerdo do fígado e nas proximidades do estômago. Deste modo, os fotões difusos provenientes desses órgãos podem interferir com a interpretação das imagens SPECT, principalmente na parede inferior do ventrículo esquerdo, traduzindo-se na redução da razão alvo-fundo e na qualidade da imagem. Deste modo, a sensibilidade e a especificidade da Cintigrafia de Perfusão do Miocárdio (CPM) diminuem. Têm sido descritos na literatura vários métodos e técnicas para minimizar o efeito da actividade extra-miocárdica, como: a aquisição de imagens mais tardias, a ingestão de líquidos ou alimentos ricos em lípidos. Outras técnicas apontam para a alteração do posicionamento do paciente durante a aquisição. Assim, o objectivo deste estudo é identificar o protocolo da CPM a nível nacional e avaliar a percentagem de repetições de exames provocadas pela interferência de actividade extra-miocárdica.

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.

Contributos para a implementação dum modelo de gestão da qualidade num serviço de tomografia computorizada: uma análise prospectiva

Mestrado em Intervenção Sócio-Organizacional na Saúde - Área de especialização: Políticas de Administração e Gestão de Serviços de Saúde.

Medições de dose no cristalino e na tiróide em tomografia computorizada: projecto

Mestrado em Radiações Aplicadas às Tecnologias da Saúde. Área de especialização: Protecção Contra Radiações

Macrociclos tetrapirrólicos e produtos de contraste iodados: uma nova abordagem

O trabalho descrito no presente documento reporta a preparação de derivados tetrapirrólicos iodados de tipo porfirina tornando-os potenciais veículos a meio de contraste iodado, usado em radiodiagnóstico. Com os resultados deste trabalho irá ser realizado um pedido de patente das moléculas e portanto, o acesso a este trabalho será restrito nos termos do Código da Propriedade Industrial, aprovado pelo Decreto de Lei nº 36/2003 de 5 de Março. Na primeira fase do trabalho, foi sintetizado o derivado porfirínico simétrico, meso-substituído, contendo um total de 8 iodos. Este foi preparado por condensação do pirrol e do aldeído iodado em meio ácido e na presença de nitrobenzeno. Foram ainda preparados as respetivas metaloporfirinas contendo os iões metálicos de manganês e gadolínio. Posteriormente foi avaliada a capacidade destes derivados atenuarem o feixe de raio-X, através da mediação das Unidades de Hounsfield, após serem adquiridas imagens por Tomografia Computorizada. Na segunda fase do trabalho procedeu-se ao estudo da influência destes compostos na diferenciação celular, usando como modelo as células de pré-adipócitos 3T3-L1. Foi avaliada a diferenciação celular, através da quantificação de lípidos das células maduras, marcados com Red Oil O, por espectrofotometria de Visível 3 e 10 dias após a administração dos derivados em estudo.