AN£¾LISE DA DIN£â€MICA E QUANTIFICA£â€£’O...

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  • EDWARD FLÓREZ PACHECO

    ANÁLISE DA DINÂMICA E QUANTIFICAÇÃO METABÓLICA DE IMAGENS

    DE MEDICINA NUCLEAR NA MODALIDADE PET/CT

    São Paulo

    2016

  • EDWARD FLÓREZ PACHECO

    ANÁLISE DA DINÂMICA E QUANTIFICAÇÃO METABÓLICA DE IMAGENS

    DE MEDICINA NUCLEAR NA MODALIDADE PET/CT

    Tese de Doutorado apresentada à Escola

    Politécnica da Universidade de São Paulo, como

    parte dos requisitos para a obtenção do título de

    Doutor em Ciências.

    Área de Concentração: Engenharia Biomédica

    Orientador: Prof. Dr. Sérgio Shiguemi Furuie

    São Paulo

    2016

  • Este exemplar foi revisado e corrigido em relação à versão original, sob responsabilidade única do autor e com a anuência de seu orientador.

    São Paulo, ______ de ____________________ de __________

    Assinatura do autor: ________________________

    Assinatura do orientador: ________________________

    Catalogação-na-publicação

    Flórez Pacheco, Edward Análise da Dinâmica e Quantificação Metabólica de imagens de Medicina Nuclear na modalidade PET/CT / E. Flórez Pacheco -- versão corr. -- São Paulo, 2016. 168 p.

    Tese (Doutorado) - Escola Politécnica da Universidade de São Paulo. Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle.

    1.Medicina Nuclear 2.Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET) 3.Quantiifcação Metabólica 4.Phantoms Antropomórficos 3D 5.Imagens PET/CT reais I.Universidade de São Paulo. Escola Politécnica. Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle II.t.

  • FOLHA DE APROVAÇÃO

    Edward Flórez Pacheco. Análise da Dinâmica e Quantificação Metabólica de

    imagens de Medicina Nuclear na modalidade PET/CT [Tese de Doutorado].

    Escola Politécnica da Universidade de São Paulo, Área de Engenharia

    Biomédica.

    São Paulo, 28 de março de 2016.

    Banca Examinadora

    1. Prof. Dr. Sérgio Shiguemi Furuie

    Escola Politécnica (EP)

    Universidade de São Paulo – USP

    2. Prof. Dr. Marco A. Gutierrez

    Instituto do Coração (InCor-HCFM)

    Universidade de São Paulo – USP

    3. Prof. Dr. Mauricio Moralles

    Instituto de Pesquisas Energéticas e Nucleares (IPEN)

    Universidade de São Paulo – USP

    4. Prof. Dr. Carlos Buchpiguel

    Centro de Medicina Nuclear – Instituto de Radiologia (CMN-HCFM)

    Universidade de São Paulo – USP

    5. Prof. Dr. Nelson Delfino d'Ávila Mascarenhas

    Universidade Federal de São Carlos – UFSCar

  • DEDICATÓRIA

    A Deus, por me dar saúde, paciência, confiança e motivação para a

    batalha do dia-a-dia durante todo o meu doutorado. Ele literalmente foi

    quem me carregou no colo durante tantos momentos difíceis, não me

    permitindo que fique afastado do propósito que ele tem para mim. Porque

    sempre preencheu minha vida de coisas maravilhosas e não deixou de

    me conduzir pelo seu caminho, aumentando sempre a minha fé e a

    necessidade dele e da sua palavra. Obrigado Deus pela vida e pela

    maravilhosa família que me deste!

    Aos meus amados pais: Emperatriz e Edgard, duas pessoas únicas e

    insubstituíveis para mim, exemplos de pais e amigos. Vocês me educaram

    sempre usando as vias do amor e me deram muito mais do que sempre

    precisei. Vocês fizeram de mim a pessoa que hoje sou, e eu só tenho

    motivos para lhes agradecer. Sou eternamente grato por tê-los comigo.

    Que Deus os conserve sempre assim! Amo muito vocês!

    Ao meu irmão Roossevelt e a minha irmã Milagros, pelo carinho sincero,

    apoio constante e por sempre serem aqueles parceiros ao longe da minha

    existência. Sempre me deram aquele espaço tão especial em suas vidas,

    acompanhando de perto meu desenvolvimento e comemorando como

    suas cada uma das minhas conquistas.

    A minha adorada Susana. Á quem merece o meu amor hoje e sempre.

    Aproveito a culminação desta importante fase da minha vida para te

    expressar a minha gratidão e alegria por estar ao teu lado. Você é uma

    grande companheira e uma pessoa maravilhosa que me aceita, me

    impulsa e me ajuda a ver o futuro com optimismo. Deus me presenteou

    grandemente por ter você comigo e para mim, e porque você é a principal

    responsável por tudo de bom que acontece comigo e com a nossa linda

    família. Obrigado por tanto amor, pela maravilhosa convivência e por me

    complementar tão perfeitamente.

    Ao meu amado André Eduardo. Motivo de vida, motivo de felicidade,

    motivo de esperança, motivo de desafio e luta constante. Você representa

    a minha maior inspiração e conquista. Filho, um dia você apareceu nas

    nossas vidas e magicamente se fez dono absoluto do nosso tempo, do

    nosso espaço e do nosso amor. Obrigado pela oportunidade de conhecer

    aspectos da vida que são simplesmente únicos, sendo seu pai e amigo.

    Agradeço muito a Deus por fazê-lo existir e por preencher os nossos dias

    de vida e alegria.

  • AGRADECIMENTOS

    Ao meu orientador, Prof. Dr. Sérgio Shiguemi Furuie, pela bela orientação,

    dedicação, suporte, paciência e, principalmente pela amizade durante

    todos esses anos de pesquisa.

    À Escola Politécnica da Universidade de São Paulo – USP, na pessoa de

    seu Diretor, Prof. Dr. José Roberto Castilho Piqueira.

    Aos Professores do Programa de Pós-Graduação em Engenharia

    Biomédica, pela contribuição na minha formação acadêmica e científica.

    À Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP)

    pelo importante apoio financeiro e institucional durante a realização deste

    projeto, aqui no Brasil e no exterior.

    Ao Prof. Felix Mas Milian pelo fornecimento do phantom MASH que tem

    sido muito valioso na fase de simulação deste projeto.

    Ao Centro de Medicina Nuclear do Hospital das Clínicas da Faculdade de

    Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP), na pessoa do Sr.

    Alexandre Teles Garcez, pelo suporte e facilidades no fornecimento dos

    manuais e ficha de dados do PET/CT BiographTM – Siemens.

    Ao Instituto do Coração (InCor) do Hospital das Clínicas da Faculdade de

    Medicina da Universidade de São Paulo (HC-FMUSP), na pessoa do Dr.

    José Cláudio Meneghetti – Diretor do Serviço de Medicina Nuclear e

    Imagem Molecular e, do Sr. Marco Antônio de Oliveira – Físico Chefe e

    Supervisor de Radioproteção, pelo suporte e facilidades no fornecimento

    das imagens médicas PET/CT para a elaboração deste projeto.

    Ao Laboratório de Computação Científica Avançada da Universidade de

    São Paulo, na pessoa do Sr. Francisco Ribacionka, pelo suporte na etapa

    de instalação dos softwares e durante o tempo de uso do cluster AGUIA.

    To University of Mississippi Medical Center, in the person of the Chair of

    the Dept. of Radiology, Dr. Timothy C. McCowan, MD.

    Special thanks to Dr. Vani Vijayakumar, Professor (T) of the Department

    of Radiology and Chief of the Division of Nuclear Medicine at University of

    Mississippi Medical Center who contributed in my day-to-day learning

    regarding the clinical life in the filed we work, and enhanced my personal

    life by inmersing in the American culture. She supervised and guided me

    in developing a part of my PhD project, that was a period of much growth

    and improvement.

    https://www.researchgate.net/profile/Alexandre_Garcez

  • RESUMO

    A presença da Medicina Nuclear como modalidade de obtenção de imagens médicas é

    um dos principais procedimentos utilizados hoje nos centros de saúde, tendo como

    grande vantagem a capacidade de analisar o comportamento metabólico do paciente,

    traduzindo-se em diagnósticos precoces. Entretanto, sabe-se que a quantificação em

    Medicina Nuclear é dificultada por diversos fatores, entre os quais estão a correção de

    atenuação, espalhamento, algoritmos de reconstrução e modelos assumidos. Neste

    contexto, o principal objetivo deste projeto foi melhorar a acurácia e a precisão na

    análise de imagens de PET/CT via processos realísticos e bem controlados. Para esse

    fim, foi proposta a elaboração de uma estrutura modular, a qual está composta por um

    conjunto de passos consecutivamente interligados começando com a simulação de

    phantoms antropomórficos 3D para posteriormente gerar as projeções realísticas

    PET/CT usando a plataforma GATE (com simulação de Monte Carlo), em seguida é

    aplicada uma etapa de reconstrução de imagens 3D, na sequência as imagens são

    filtradas (por meio do filtro de Anscombe/Wiener para a redução de ruído Poisson

    caraterístico deste tipo de imagens) e, segmentadas (baseados na teoria Fuzzy

    Connectedness). Uma vez definida a região de interesse (ROI) foram produzidas as

    Curvas de Atividade de Entrada e Resultante requeridas no processo de análise da

    dinâmica de compartimentos com o qual foi obtida a quantificação do metabolismo do

    órgão ou estrut