Quantificação semi-automatica da perfusão miocardica em imagens de ecocardiografia com contraste

Orientadores: Eduardo Tavares Costa, Marco Antonio Gutierrez, Wilson Mathias Jr Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Eletrica e de Computação Resumo: Embora alguns equipamentos atuais de imagem por ultra-som. ofereçam ferramentas específicas para estudos de Ecocardíografi a por Contraste de Microbolhas (ECM) e apesar do potencial comprovado da técnica para a análise quantitativa da perfusão miocárdica, seu uso se restringe praticamente à interpretação qualitativa (visual) das imagens clínicas. Este fato é normalmente atribuído à inexistência de métodos de quantificação rápidos, e ao mesmo tempo robustos, para utilização direta na rotina clínica. Os métodos propostos na literatura e alguns softwares, disponibilizados recentemente no mercado requerem, quantificações offlim, principalmente devido à falta ou ineficiência das ferramentas para alinhamento das imagens da seqüência de ECM e para colocação de regiões de interesse (ROls). O objetivo desta tese foi o desenvolvimento de um método rápido e de fácil utilização para quantificação setni-automática da perfusão miocárdica por ECM, cora ênfase na automatização do alinhamento das imagens e da colocação de ROls. Para o alinhamento (translação e rotação) foram desenvolvidos dois algoritmos baseados em Templaíe Matching, técnicas de busca rápida e correlação. A colocação de ROls é feita de forma automática e padronizada a partir de um contorno da parede miocárdica desenhado pelo usuário. Foi implementado um programa para quantificação em ECM com base no método desenvolvido e este protótipo foi testado com 30 seqüências de ECM (570 imagens). Testes quantitativos demostraram precisão média no processo de alinhamento de 1 pixel (para translação) e 1 grau (para rotação), com exatidão aproximada de ± 1 pixel e de± i grau. Testes qualitativos indicaram colocação ótima das ROls em cerca de 67% das seqüências analisadas. De forma gerai, os resultados de quantificação foram equivalentes aos de um processo com alinhamento automático e ajuste manual de ojfsets remanescentes, ou mesmo aos de um processo com alinhamento de quadros totalmente manual. A variabilidade intra-observador verificada foi pequena e estatisticamente insignificante. O tempo de processamento do protótipo baseado no método desenvolvido foi aproximadamente 50% menor que o cie um processo de quantificação equivalente com ajuste manual dos quadros pré-alinhados Abstract: Although some current commercial ultrasound machines incorporate tools for Myocardial Contrast Echocardiography (MCE) and the technique has a great potential for quantitative analysis of myocardial perfusion, its use is pratically restricted to qualitative (visual) interpretation of clinical data. This is due to the lack of fast and robust quantification systems to be used in the clinical practice. Quantification methods found in the literature and some commercial softwares now available demand extra time for offline quantification, mainly due to the lack or inefficiency of images alignment and regions of interest (ROIs) placement. The objective of this thesis was the development of a fast, easy-to-use semi-automatic method for perfusion quantification in MCE, emphasizing the automatization of images alignment and of the placement of regions of interest. To align images (translation and rotation) we have developed two algorithms based on template matching, fast search algorithms and correlation. ROPs placement over myocardium wall is automatic and standardized and starts with the user drawing the myocardium borders. It has been implemented a software for MCE quantification based on the developed method and this prototype was tested with thirty MCE sequences (570 images). Quantitative tests have shown mean precision of 1 pixel (translation) and 1 degree (rotation) in the alignment process, and accuracy around ± 1 pixel and ± 1 degree. Qualitative tests have shown optimal placement of ROIs over myocardium in about 67% of tested sequences. In general, quantification results have shown that the method performance is similar to a quantification process with automatic alignment and manual adjustment of remaining shifts (translation and rotation), or also to a process with a full manual alignment of frames. Intra-observer variability was small and statiscally insignificant. The computational time of the prototype based on the developed method was around 50% less than the computational time of a similar quantification process with manual adjustments of pre-aligned frames Doutorado Engenharia Biomédica Doutor em Engenharia Elétrica