Dental Implants Success Prediction: Tomography Based and Data Mining Based Approach.

There are a number of factors that contribute to the success of dental implant operations. Among others, is the choice of location in which the prosthetic tooth is to be implanted. This project offers a new approach to analyse jaw tissue for the purpose of selecting suitable locations for teeth implant operations. The application developed takes as input jaw computed tomography stack of slices and trims data outside the jaw area, which is the point of interest. It then reconstructs a three dimensional model of the jaw highlighting points of interest on the reconstructed model. On another hand, data mining techniques have been utilised in order to construct a prediction model based on an information dataset of previous dental implant operations with observed stability values. The goal is to find patterns within the dataset that would help predicting the success likelihood of an implant.

Estimativa de dose nos pulmões para procedimentos de tomografia computadorizada

Desde o seu desenvolvimento na década de 1970 a tomografia computadorizada (TC) passou por grandes mudanças tecnológicas, tornando-se uma importante ferramenta diagnóstica para a medicina. Consequentemente o papel da TC em diagnóstico por imagem expandiu-se rapidamente, principalmente devido a melhorias na qualidade da imagem e tempo de aquisição. A dose de radiação recebida por pacientes devido a tais procedimentos vem ganhando atenção, levando a comunidade científica e os fabricantes a trabalharem juntos em direção a determinação e otimização de doses. Nas últimas décadas muitas metodologias para dosimetria em pacientes têm sido propostas, baseadas especialmente em cálculos utilizando a técnica Monte Carlo ou medições experimentais com objetos simuladores e dosímetros. A possibilidade de medições in vivo também está sendo investigada. Atualmente as principais técnicas para a otimização da dose incluem redução e/ou modulação da corrente anódica. O presente trabalho propõe uma metodologia experimental para estimativa de doses absorvidas pelos pulmões devido a protocolos clínicos de TC, usando um objeto simulador antropomórfico adulto e dosímetros termoluminescentes de Fluoreto de Lítio (LiF). Sete protocolos clínicos diferentes foram selecionados, com base em sua relevância com respeito à otimização de dose e frequência na rotina clínica de dois hospitais de grande porte: Instituto de Radiologia do Hospital das Clínicas da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (InRad) e Instituto do Câncer do Estado de São Paulo Octávio Frias de Oliveira (ICESP). Quatro protocolos de otimização de dose foram analisados: Auto mA, Auto + Smart mA, Baixa Dose (BD) e Ultra Baixa Dose (UBD). Os dois primeiros protocolos supracitados buscam redução de dose por meio de modulação da corrente anódica, enquanto os protocolos BD e UBD propõem a redução do valor da corrente anódica, mantendo-a constante. Os protocolos BD e UBD proporcionaram redução de dose de 72,7(8) % e 91(1) %, respectivamente; 16,8(1,3) % e 35,0(1,2) % de redução de dose foram obtidas com os protocolos Auto mA e Auto + Smart mA, respectivamente. As estimativas de dose para os protocolos analisados neste estudo são compatíveis com estudos similares publicados na literatura, demonstrando a eficiência da metodologia para o cálculo de doses absorvidas no pulmão. Sua aplicabilidade pode ser estendida a diferentes órgãos, diferentes protocolos de CT e diferentes tipos de objetos simuladores antropomórficos (pediátricos, por exemplo). Por fim, a comparação entre os valores de doses estimadas para os pulmões e valores de estimativas de doses dependentes do tamanho (Size Specific Dose Estimates SSDE) demonstrou dependência linear entre as duas grandezas. Resultados de estudos similares exibiram comportamentos similares para doses no reto, sugerindo que doses absorvidas pelos uma órgãos podem ser linearmente dependente dos valores de SSDE, com coeficientes lineares específicos para cada órgão. Uma investigação mais aprofundada sobre doses em órgãos é necessária para avaliar essa hipótese.

Avaliação e correlação clínica/tomográfica dos biótipos periodontais

O biótipo gengival, definido como a espessura da gengiva no sentido vestíbulo-lingual, desempenha importante papel na homeostasia dos tecidos periodontais, podendo ser considerado um preditor no sucesso em longo prazo das terapias periodontais e periimplantares. Assim sendo, é de suma importância reconhecer as dimensões do tecido gengival e as diferentes formas de qualificá-lo e principalmente quantificá-lo. Apesar de haver descrito na literatura inúmeros métodos para este fim, existem poucos estudos comparando a efetividade de um método em relação a outro. Desta maneira, este estudo buscou avaliar se há concordância entre avaliações clínicas e tomográficas na classificação do biótipo gengival, se existe correlação entre o biótipo gengival e a espessura óssea subjacente, além de descrever um novo método de tomada tomográfica que permita a análise quantitativa do biótipo gengival. Foram avaliados 12 indivíduos os quais realizaram tomografias computadorizadas de feixe cônico como exame imaginológico de diagnóstico ou planejamento pré-cirúrgico. Em cada paciente foram realizados quatro diferentes métodos de avaliação qualitativa da espessura gengival (transparência a sondagem, transgengival, visual através de fotografia e tomográfico), dois métodos de avaliação quantitativa (transgengival e tomográfico) da espessura gengival e avaliação da espessura óssea através da tomografia computadorizada de feixe cônico. Os resultados foram avaliados estatisticamente através do teste KAPPA, Teste t pareado e coeficiente de correlação de Pearson (pM0.05). O novo método de tomada tomográfica descrito neste estudo é eficaz para avaliação do biótipo gengival, havendo grande concordância (86,1% Kappa 0,51) e forte correlação (r=0,824) entre ele e o método transgengival (padrão ouro). A correlação entre a espessura óssea e a espessura gengival foi moderada quando utilizado o método transgengival e tomográfico (r=0,567 e r=0,653 respectivamente).

Efeitos da remoção do disco e cartilagem articular no crescimento e microarquitetura óssea da mandíbula de ratos: análise por microtomografia

Alterações na articulação emporomandibular (ATM) comumente geram desequilíbrios musculares que estão associados à alterações no tecido ósseo. Esta articulação pode sofrer a influência de traumas, fatores congênitos ou desordens de crescimento. Estudos sobre alterações de crescimento do complexo maxilomandibular decorrentes de problemas da ATM são escassos. O objetivo deste trabalho foi avaliar por meio da microtomografia os efeitos da remoção do disco articular e a remoção conjugada do disco e cartilagem articular no crescimento e na microarquitetura óssea da mandíbula de ratos. Trinta ratos da raça Wistar com um mês de idade foram divididos em três grupos: CTR (controle operado); RD (remoção de disco articular) e RDC (remoção conjugada do disco e cartilagem articular). Apenas o lado direito foi operado; o lado esquerdo permaneceu intacto. Após dois meses de acompanhamento, os ratos foram sacrificados e as hemimandíbulas escaneadas em microtomógrafo A remoção do disco articular e a remoção conjugada do disco e cartilagem articular alteram o volume e microestrutura do osso trabecular da mandíbula de ratos jovens. Estas duas intervenções provocaram uma queda na qualidade de parâmetros da microestrutura do trabeculado do processo angular e diminuição do crescimento da hemimandíbula do lado operado.

Tumores indutores de osteomalácia: diagnóstico, caracterização tumoral e avaliação evolutiva em longo prazo de nove pacientes

INTRODUÇÃO: Tumores indutores de osteomalácia (TIOs) são raros, geralmente apresentam origem mesenquimal, têm produção excessiva de fosfatoninas sendo a mais comum o FGF23 (Fibroblast Growth Factor 23) que, em níveis elevados, provoca osteomalácia hipofosfatêmica. A cura dos TIOs envolve a remoção completa do tumor, o que torna essencial sua localização. OBJETIVOS: (1) caracterizar nove pacientes com TIO ao diagnóstico e avaliá-los evolutivamente em longo prazo; (2) avaliar a eficácia da cintilografia com Octreotida (Octreoscan®) e a da cintilografia de corpo inteiro com Mibi (MIBI) na detecção dos TIOs. MÉTODOS: O acompanhamento dos pacientes consistiu na avaliação clínica, na avaliação laboratorial com ênfase no metabolismo ósseo e na realização de exames de imagem para caracterização das deformidades esqueléticas. Para a localização dos TIOs, os pacientes foram submetidos a exames de Octreoscan®, MIBI, ressonância magnética (RM) e tomografia computadorizada (TC). RESULTADOS: O período de observação dos pacientes variou de dois a 25 anos. Ao diagnóstico, todos exibiam fraqueza muscular, dores ósseas e fraturas de fragilidade. Em relação à avaliação laboratorial, apresentavam: hipofosfatemia com taxa de reabsorção tubular de fosfato reduzida, fosfatase alcalina aumentada e níveis elevados de FGF23. O Octreoscan® permitiu a identificação dos TIOs nos nove pacientes e o MIBI possibilitou a localização dos TIOs em seis pacientes, sendo que ambos os exames foram concordantes entre si e com os exames topográficos (RM ou TC). Os achados histopatológicos das lesões dos nove pacientes confirmaram tratar-se de oito tumores mesenquimais fosfatúricos (PMTs) benignos e um PMT maligno. Após a primeira intervenção cirúrgica para a remoção dos TIOs, quatro pacientes encontram-se em remissão da doença e cinco evoluíram com persistência tumoral. Dos cinco, quatro foram reoperados e um aguarda nova cirurgia. Dos que foram reoperados, um paciente se mantém em remissão da doença, um foi a óbito por complicações clínicas, uma teve doença metastática e o último apresentou recidiva tumoral três anos após a segunda cirurgia. Deformidades ósseas graves foram observadas nos pacientes cujo diagnóstico e/ou tratamento clínico foram tardios. O tratamento da osteomalácia foi iniciado com fosfato e perdurou até a ressecção tumoral, tendo sido reintroduzido nos casos de persistência/recidiva tumoral. Quatro pacientes que fizerem uso regular desse medicamento por mais de seis anos evoluíram com hiperparatireoidismo terciário (HPT). CONCLUSÕES: O estudo revelou que tanto o Octreoscan® como o MIBI foram capazes de localizar os TIOs. Por isso, incentivamos a realização do MIBI nos locais onde o Octreoscan® não for disponível. Uma equipe experiente é indispensável para o sucesso cirúrgico visto que os tumores, embora benignos, costumam ser infiltrativos. Recomendamos o seguimento por tempo indeterminado em função do risco de recidiva tumoral. Assim como o FGF23, consideramos o fósforo um excelente marcador de remissão, persistência e recidiva dos TIOs. O diagnóstico e o tratamento precoce são fundamentais para a melhora dos sintomas podendo minimizar as deformidades esqueléticas e as sequelas ósseas. O uso prolongado do fosfato no tratamento da osteomalácia hipofosfatêmica foi associado ao desenvolvimento do HPT

Ureter retrocava : uma anomalia congénita rara

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

(Table T1) Gas hydrate fabric and dipping angles of ODP Leg 204 sediments

The sediments of Hydrate Ridge/Cascadia margin contain extensive amounts of gas hydrate. A total of 57 sediment samples including gas hydrate were preserved in liquid nitrogen and have been imaged using computerized tomography to visualize hydrate distribution and shape. The analysis gives evidence that gas hydrate in vein and veinlet structures is the predominant shape in the deeper gas hydrate stability zone with dipping angles from 30° to 90°(vertical).

Variability in Cobb angle measurements using reformatted computerized tomography scans

Study Design. Survey of intraobserver and interobserver measurement variability. Objective. To assess the use of reformatted computerized tomography (CT) images for manual measurement of coronal Cobb angles in idiopathic scoliosis. Summary of Background Data. Cobb angle measurements in idiopathic scoliosis are traditionally made from standing radiographs, whereas CT is often used for assessment of vertebral rotation. Correlating Cobb angles from standing radiographs with vertebral rotations from supine CT is problematic because the geometry of the spine changes significantly from standing to supine positions, and 2 different imaging methods are involved. Methods. We assessed the use of reformatted thoracolumbar CT images for Cobb angle measurement. Preoperative CT of 12 patients with idiopathic scoliosis were used to generate reformatted coronal images. Five observers measured coronal Cobb angles on 3 occasions from each of the images. Intraobserver and interobserver variability associated with Cobb measurement from reformatted CT scans was assessed and compared with previous studies of measurement variability using plain radiographs. Results. For major curves, 95% confidence intervals for intraobserver and interobserver variability were +/- 6.6 degrees and +/- 7.7 degrees, respectively. For minor curves, the intervals were +/- 7.5 degrees and +/- 8.2 degrees, respectively. Intraobserver and interobserver technical error of measurement was 2.4 degrees and 2.7 degrees, with reliability coefficients of 88% and 84%, respectively. There was no correlation between measurement variability and curve severity. Conclusions. Reformatted CT images may be used for manual measurement of coronal Cobb angles in idiopathic scoliosis with similar variability to manual measurement of plain radiographs.

Automatic measurement of vertebral rotation in idiopathic scoliosis

Study Design. Development of an automatic measurement algorithm and comparison with manual measurement methods. Objectives. To develop a new computer-based method for automatic measurement of vertebral rotation in idiopathic scoliosis from computed tomography images and to compare the automatic method with two manual measurement techniques. Summary of Background Data. Techniques have been developed for vertebral rotation measurement in idiopathic scoliosis using plain radiographs, computed tomography, or magnetic resonance images. All of these techniques require manual selection of landmark points and are therefore subject to interobserver and intraobserver error. Methods. We developed a new method for automatic measurement of vertebral rotation in idiopathic scoliosis using a symmetry ratio algorithm. The automatic method provided values comparable with Aaro and Ho's manual measurement methods for a set of 19 transverse computed tomography slices through apical vertebrae, and with Aaro's method for a set of 204 reformatted computed tomography images through vertebral endplates. Results. Confidence intervals (95%) for intraobserver and interobserver variability using manual methods were in the range 5.5 to 7.2. The mean (+/- SD) difference between automatic and manual rotation measurements for the 19 apical images was -0.5 degrees +/- 3.3 degrees for Aaro's method and 0.7 degrees +/- 3.4 degrees for Ho's method. The mean (+/- SD) difference between automatic and manual rotation measurements for the 204 endplate images was 0.25 degrees +/- 3.8 degrees. Conclusions. The symmetry ratio algorithm allows automatic measurement of vertebral rotation in idiopathic scoliosis without intraobserver or interobserver error due to landmark point selection.

EFEITOS ESQUELÉTICOS DA TRAÇÃO REVERSA DA MAXILA UTILIZANDO TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

Este estudo avaliou os efeitos esqueléticos da tração reversa da maxila utilizando imagens 2D (telerradiografia lateral) geradas a partir da tomografia de feixe cônico (imagens 3D). A amostra foi composta por 20 crianças (15 do gênero feminino, e 5 do masculino), com idade variando de 5,6 a 10,7 anos que apresentavam má-oclusão de Classe III de Angle. A tomografia foi realizada antes do tratamento (T1) e logo após o tratamento (T2). O tratamento foi realizado por meio da tração reversa da maxila utilizando-se o aparelho expansor Hyrax associado à máscara facial individualizada, com força de 600 a 800g de cada lado, durante 14 horas por dia. A correção da relação de caninos em Classe I ou com sua sobrecorreção em Classe II foi obtida após 4 a 8 meses de tratamento. Para verificar o erro sistemático e casual foi utilizado o teste t pareado e a fórmula de Dahlberg, respectivamente. O teste t pareado (p<0,05) mostrou diferença significante entre as medidas cefalométricas obtidas em T1 e T2. Na maxila houve aumento do SNA 2,2°, A-Nperp 1,47mm e em Co-A 2,58mm. Na mandíbula, SNB diminuiu -0,54° e P-Nperp, -1,45mm, enquanto Co-Gn aumentou 1,04mm. Houve melhora na relação maxilo-mandibular ANB 2,74° e Wits 4,23mm. As variáveis GoGn.SN, Gn.SN, FH.Md, Mx.Md, e AFAI aumentaram demonstrando que houve uma rotação da mandíbula no sentido horário. O plano palatino rotacionou no sentido anti-horário. Pode se concluir que o tratamento de tração reversa da maxila na idade precoce promoveu uma melhora na relação maxilo-mandibular devido a um avanço da maxila e um deslocamento da mandíbula para baixo e para trás.

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.

Development and Optimization of Four-dimensional Magnetic Resonance Imaging (4D-MRI) for Radiation Therapy

A tenet of modern radiotherapy (RT) is to identify the treatment target accurately, following which the high-dose treatment volume may be expanded into the surrounding tissues in order to create the clinical and planning target volumes. Respiratory motion can induce errors in target volume delineation and dose delivery in radiation therapy for thoracic and abdominal cancers. Historically, radiotherapy treatment planning in the thoracic and abdominal regions has used 2D or 3D images acquired under uncoached free-breathing conditions, irrespective of whether the target tumor is moving or not. Once the gross target volume has been delineated, standard margins are commonly added in order to account for motion. However, the generic margins do not usually take the target motion trajectory into consideration. That may lead to under- or over-estimate motion with subsequent risk of missing the target during treatment or irradiating excessive normal tissue. That introduces systematic errors into treatment planning and delivery. In clinical practice, four-dimensional (4D) imaging has been popular in For RT motion management. It provides temporal information about tumor and organ at risk motion, and it permits patient-specific treatment planning. The most common contemporary imaging technique for identifying tumor motion is 4D computed tomography (4D-CT). However, CT has poor soft tissue contrast and it induce ionizing radiation hazard. In the last decade, 4D magnetic resonance imaging (4D-MRI) has become an emerging tool to image respiratory motion, especially in the abdomen, because of the superior soft-tissue contrast. Recently, several 4D-MRI techniques have been proposed, including prospective and retrospective approaches. Nevertheless, 4D-MRI techniques are faced with several challenges: 1) suboptimal and inconsistent tumor contrast with large inter-patient variation; 2) relatively low temporal-spatial resolution; 3) it lacks a reliable respiratory surrogate. In this research work, novel 4D-MRI techniques applying MRI weightings that was not used in existing 4D-MRI techniques, including T2/T1-weighted, T2-weighted and Diffusion-weighted MRI were investigated. A result-driven phase retrospective sorting method was proposed, and it was applied to image space as well as k-space of MR imaging. Novel image-based respiratory surrogates were developed, improved and evaluated.

Tissue Equivalent Phantom Design for Optimization of a Coherent Scatter Imaging System

Scatter in medical imaging is typically cast off as image-related noise that detracts from meaningful diagnosis. It is therefore typically rejected or removed from medical images. However, it has been found that every material, including cancerous tissue, has a unique X-ray coherent scatter signature that can be used to identify the material or tissue. Such scatter-based tissue-identification provides the advantage of locating and identifying particular materials over conventional anatomical imaging through X-ray radiography. A coded aperture X-ray coherent scatter spectral imaging system has been developed in our group to classify different tissue types based on their unique scatter signatures. Previous experiments using our prototype have demonstrated that the depth-resolved coherent scatter spectral imaging system (CACSSI) can discriminate healthy and cancerous tissue present in the path of a non-destructive x-ray beam. A key to the successful optimization of CACSSI as a clinical imaging method is to obtain anatomically accurate phantoms of the human body. This thesis describes the development and fabrication of 3D printed anatomical scatter phantoms of the breast and lung.

The purpose of this work is to accurately model different breast geometries using a tissue equivalent phantom, and to classify these tissues in a coherent x-ray scatter imaging system. Tissue-equivalent anatomical phantoms were designed to assess the capability of the CACSSI system to classify different types of breast tissue (adipose, fibroglandular, malignant). These phantoms were 3D printed based on DICOM data obtained from CT scans of prone breasts. The phantoms were tested through comparison of measured scatter signatures with those of adipose and fibroglandular tissue from literature. Tumors in the phantom were modeled using a variety of biological tissue including actual surgically excised benign and malignant tissue specimens. Lung based phantoms have also been printed for future testing. Our imaging system has been able to define the location and composition of the various materials in the phantom. These phantoms were used to characterize the CACSSI system in terms of beam width and imaging technique. The result of this work showed accurate modeling and characterization of the phantoms through comparison of the tissue-equivalent form factors to those from literature. The physical construction of the phantoms, based on actual patient anatomy, was validated using mammography and computed tomography to visually compare the clinical images to those of actual patient anatomy.

Photoacoustic tomography: principles and advances.

Photoacoustic tomography (PAT) is an emerging imaging modality that shows great potential for preclinical research and clinical practice. As a hybrid technique, PAT is based on the acoustic detection of optical absorption from either endogenous chromophores, such as oxy-hemoglobin and deoxy-hemoglobin, or exogenous contrast agents, such as organic dyes and nanoparticles. Because ultrasound scatters much less than light in tissue, PAT generates high-resolution images in both the optical ballistic and diffusive regimes. Over the past decade, the photoacoustic technique has been evolving rapidly, leading to a variety of exciting discoveries and applications. This review covers the basic principles of PAT and its different implementations. Strengths of PAT are highlighted, along with the most recent imaging results.

Multiscale photoacoustic tomography using reversibly switchable bacterial phytochrome as a near-infrared photochromic probe.

Photoacoustic tomography (PAT) of genetically encoded probes allows for imaging of targeted biological processes deep in tissues with high spatial resolution; however, high background signals from blood can limit the achievable detection sensitivity. Here we describe a reversibly switchable nonfluorescent bacterial phytochrome for use in multiscale photoacoustic imaging, BphP1, with the most red-shifted absorption among genetically encoded probes. BphP1 binds a heme-derived biliverdin chromophore and is reversibly photoconvertible between red and near-infrared light-absorption states. We combined single-wavelength PAT with efficient BphP1 photoswitching, which enabled differential imaging with substantially decreased background signals, enhanced detection sensitivity, increased penetration depth and improved spatial resolution. We monitored tumor growth and metastasis with ∼ 100-μm resolution at depths approaching 10 mm using photoacoustic computed tomography, and we imaged individual cancer cells with a suboptical-diffraction resolution of ∼ 140 nm using photoacoustic microscopy. This technology is promising for biomedical studies at several scales.