Aid in the detection of myocardial perfusion abnormality utilizing SPECT atlas and images registration: preliminary results

OBJETIVO: Criar um atlas de cintilografia de perfusão miocárdica e verificar sua aplicabilidade no auxílio computadorizado à detecção de defeitos perfusionais miocárdicos em pacientes portadores de cardiopatia isquêmica. MATERIAIS E MÉTODOS: O atlas foi criado com imagens de cintilografia de perfusão miocárdica, em condições de repouso e estresse, de 20 pacientes de ambos os gêneros com baixa probabilidade de doença arterial coronariana e julgadas normais por dois observadores experientes. Técnicas de registro de imagens e operações matemáticas sobre imagens foram utilizadas para obtenção de modelos de média e desvio-padrão da captação miocárdica percentual de cada gênero e condição fisiológica. RESULTADOS: Imagens de um paciente masculino e um feminino foram alinhadas com os atlas correspondentes, e os voxels apresentando valores de captação percentual dois desvios-padrão abaixo da média da respectiva região do atlas foram destacados nos cortes tomográficos e confirmados como defeitos de perfusão por dois observadores experientes. CONCLUSÃO: Demonstramos a criação de um atlas de cintilografia de perfusão miocárdica e obtivemos resultados promissores na sua utilização para auxílio à detecção de defeitos perfusionais. Entretanto, uma validação prospectiva com um número mais representativo de casos é necessária.OBJECTIVE: To develop an atlas of myocardial perfusion scintigraphy and evaluating its applicability in computer-aided detection of myocardial perfusion defects in patients with ischemic heart disease. MATERIALS AND METHODS: The atlas was created with rest-stress myocardial perfusion scintigraphic images of 20 patients of both genders with low probability of coronary artery disease and considered as normal by two experienced observers. Techniques of image registration and mathematical operations on images were utilized for obtaining template images depicting mean myocardial uptake and standard deviation for each gender and physiological condition. RESULTS: Myocardial perfusion scintigraphy images of one male and one female patient were aligned with the corresponding atlas template image, and voxels with myocardial uptake rates two standard deviations below the mean voxel value of the respective region in the atlas template image were highlighted on the tomographic sections and confirmed as perfusion defects by both observers. CONCLUSION: The present study demonstrated the creation of an atlas of myocardial perfusion scintigraphy with promising results of this tool as an aid in the detection of myocardial perfusion defects. However, further prospective validation with a more representative sample is recommended

Image registration applied to construction of cardiac SPECT normality templates and detection of myocardial perfusion defects

A análise de imagens médicas auxiliada por computador permite a análise quantitativa das anormalidades e garante maior precisão diagnóstica. Esse tipo de análise é importante para medicina nuclear com Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), pois no grupo de dados tridimensionais de imagens, padrões sutis de anormalidades muitas vezes são importantes achados clínicos. Porém, as imagens podem sofrer interferência de artefatos de atenuação da emissão de fótons por partes moles corporais, o que reduz sua acurácia diagnóstica. Desde que se possuam parâmetros de atenuação computados em um modelo que permita a comparação com imagens de um dado paciente, a interferência dos artefatos pode ser corrigida com ganho na acurácia diagnóstica, sem a necessidade de utilização de técnicas de correção que aumentem a dose de exposição à radiação pelo paciente. A proposta desse estudo foi a criação de um atlas de cintilografia de perfusão miocárdica, que foi obtido a partir de imagens de indíviduos normais, e o desenvolvimento de um algoritmo computacional para a detecção de anormalidades perfusionais miocárdicas, através da comparação estatística dos modelos do atlas com imagens de pacientes. Métodos de corregistro de imagens de mesma modalidade e outras técnicas de processamento de imagens foram estudados e utilizados para a comparação das imagens dos pacientes com o modelo apropriado. Pela análise visual dos modelos, verificou-se a sua validade como imagem representativa de normalidade perfusional. Para avaliação da detecção, a situação dos segmentos miocárdicos (normal ou anormal) indicada pelo algoritmo de detecção foi comparada com a situação apontada no laudo obtido pela concordância de dois especialistas, de modo a se verificar as concordâncias e discordâncias da técnica em relação ao laudo e se obter a significância estatística. Com isso, verificou-se um índice de concordância positiva da técnica em relação ao laudo de aproximadamente 50%, de concordância negativa próxima a 82% e de concordância geral próxima a 68%. O teste exato de Fisher foi aplicado às tabelas de contingência, obtendo-se um valor de p bicaudal inferior a 0,0001, indicando uma probabilidade muito baixa de as concordâncias terem sido obtidas pelo acaso. Melhorias no algoritmo deverão ser implementadas e testes futuros com um padrão-ouro efetivo serão realizados para validação da técnica.The computer-aided medical imaging analysis allows the quantitative analysis of abnormalities and enhances diagnostic accuracy. This type of analysis is important for nuclear medicine that uses Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), because in the group of three-dimensional data images, subtle patterns of abnormalities often are important clinical findings. However, images can suffer interference from attenuation artifacts of the emission of photons by soft parts of the body, which reduces their diagnostic accuracy. Since there are attenuation parameters computed in a template that allows for comparison with images of a given patient, the artifacts interference can be corrected with a gain in diagnostic accuracy, without the need of using correction techniques that increase the radiation exposure dose of the patient. The purpose of this study was to create an atlas of myocardial perfusion scintigraphy, which was obtained from images of normal individuals and the development of a computational algorithm for detection of myocardial perfusion abnormalities by statistical comparison of atlas templates with images of patients. Methods of image registration of same modality and other image processing techniques were studied and used for comparison of patient images with the appropriate template. By the visual analysis of the templates it was found its validity as a representative image of normal perfusion. For the detection evaluation, the situation of myocardial segments (normal or abnormal) indicated by the detection algorithm was compared with the situation indicated in the medical appraisal report obtained by agreement of two specialists in order to determine the agreement and disagreement of the technique regarding the medical appraisal report and obtaining the statistical significance. Thus, there was a positive agreement index of the technique regarding the medical appraisal report of approximately 50%, a negative agreement index close to 82% and a general agreement index near 68%. The Fisher exact test was applied to the contingency tables, yielding a two-sided p-value less than 0.0001, that indicates a very low probability of the agreements have been obtained by chance. Algorithm improvements should be implemented and further tests with an effective gold-standard will be conducted to validate the technique

Avaliação do uso de ferramenta de educação a distância para treinamento em radiologia e diagnóstico por imagem

This paper presents a computational feature environment to support the training and evaluation of medical students in radiology and diagnostic images by using E-learning. It used the Moodle, which is a free and open source software, with adjustments for viewing medical images. Tests on images of actual examinations, previously diagnosed and incorporated into the e-learning environment Moodle, let students assess their ability to make findings and possible diagnoses. The performance of the student is registered for evaluation. Some types of focal lesion of liver were used like pilots cases. Adjustments were necessary to incorporate images of the environment analysis.Este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade do uso de ferramenta para ambiente de Educação a Distância (EaD) no apoio ao treinamento de estudantes em Radiologia e Diagnóstico por Imagens. Os testes foram realizados com o Moodle, que possui licença livre e código aberto, com base em imagens de exames reais, previamente diagnosticados e incorporados ao ambiente EaD. Através desse ambiente, os alunos são convidados a testar sua capacidade de descrever achados e possíveis diagnósticos a partir de testes envolvendo questões de múltipla escolha e de verdadeiro/falso. Foi desenvolvido um conjunto de testes pilotos para treinamento de diagnóstico de lesão focal de fígado. Foram necessárias adaptações para a incorporação de imagens no ambiente analisado

Assessment of the Use of Tool for Distance Education for Training in Radiology and Diagnostic Image

Este trabalho apresenta um estudo sobre a viabilidade do uso de ferramenta para ambiente de Educação a Distância (EaD) no apoio ao treinamento de estudantes em Radiologia e Diagnóstico por Imagens. Os testes foram realizados com o Moodle, que possui licença livre e código aberto, com base em imagens de exames reais, previamente diagnosticados e incorporados ao ambiente EaD. Através deste ambiente, os alunos são convidados a testar sua capacidade de descrever achados e possíveis diagnósticos a partir de testes envolvendo questões de múltipla escolha e de verdadeiro/falso. Foi desenvolvido um conjunto de testes pilotos para treinamento de diagnóstico de lesão focal de fígado. Foram necessárias adaptações para a incorporação de imagens no ambiente analisado.This paper presents a computational feature environment to support the training and evaluation of medical students in radiology and diagnostic images by using E-learning. It used the Moodle, which is a free and open source software, with adjustments for viewing medical images. Tests on images of actual examinations, previously diagnosed and incorporated into the e-learning environment Moodle, let students assess their ability to make findings and possible diagnoses. The performance of the student is registered for evaluation. Some types of focal lesion of liver were used like pilots cases. Adjustments were necessary to incorporate images of the environment analysis