Ultrassonografia (US) é usada por médicos para ajudar em diagnósticos e intervenções. Ela fornece uma visada tomográfica de órgãos internos como, por exemplo, pâncreas aorta, fígado, bexiga, rins e baço. O médico pode utilizar a US para realizar apenas uma avaliação visual ou pode também comprimir o tecido para analisar a dinâmica, uma vez que a elasticidade da lesão pode estar relacionada à patologias. Consequentemente, diversos procedimentos computacionais vem sendo desenvolvidos com o intuito de fornecer ao médico informações acerca das propriedades elásticas do tecido. Entretanto, uma avaliação completa e objetiva dos procedimentos computacionais sobre US pode ser dificultada pelo difícil acesso a imagens com as propriedades desejadas ou pela falta de padrão-ouro para ser utilizado como referência. Portanto, nós desenvolvemos uma ferramenta capaz de criar phantoms numérico que imitam a compressão induzida por um médico através de um transdutor. A deformação do tecido é baseada em método doe elementos finitos e o deslocamento dos espalhadores é calculado usando isomorfismo linear. Depois do deslocamento dos espalhadores, Field II foi utilizado para simular o ruído Speckle. Assim, foi possível a criação de uma sequência de imagens de US com deformação realística. Este método foi implementado em Matlab e está disponível para download sem custos. A deformação do phantom foi validada através da medição de contraste de compressão em phantoms de duas camadas. Uma atenção especial foi dada a doenças cardiovasculares devido ao impacto que essas patologias causam no cenário médico do Brasil e do mundo. Nas últimas décadas, a prevalência de patologias cardiovasculares têm crescido progressivamente e se tornou uma séria questão de saúde pública. Elas estão entre as maiores causas de mortes, internações e gastos com saúde. Na prática intervencionista, o ultrassom intravascular (IVUS) é utilizado para obter informações do vaso sanguíneo e de eventuais patologias. Portanto, foi desenvolvida também uma simulação numérica de phantoms de IVUS. A simulação do vaso sanguíneo também se baseou em método dos elementos finitos e isomorfismo linear. Contudo, uma simulação confiável de IVUS deve considerar o caminho do cateter no interior do vaso sanguíneo, porque isto determina a posição do transdutor. Portanto, nós desenvolvemos um novo método, baseado em equilíbrio de forças, para determinar a posição de menor energia do cateter. O método foi validado através da comparação da posição estimada com a posição de um fio-guia de aço real e apresentou erro quadrático médio e média Hausdorff menor que 1 mm para ambos. Foram utilizados dois métodos diferentes para rastrear e estimar a deformação de determinadas estruturas no tecido: Optical Flow e 2D Block Matching. Foi aplicado uma implementação inovadora de 2D Block Matching com interpolação sub-pixel linear e propagação de deslocamento. Posteriormente, a validação será feita comparando-se a o movimento estimado com o padrão-ouro numérico utilizado para construir a simulação. O 2D block matching forneceu resultados melhores que o optical flow. Após a análise em phantoms numéricos, equipamento real de ultrassom foi utilizado para aquisição de imagens modo-B de phantoms físicos. Então, nós realizamos a estimativa do movimento das estruturas para analisar as propriedades morfológicas e dinâmicas do tecidos. Os resultados obtidos foram comparados com a elastografia fornecida pelo equipamento. Em acordo com os resultados obtidos na simulação numérica, o 2D block matching novamente apresentou resultados melhores que o optical flow. Finalmente, os dois métodos de rastreamento foi aplicada em imagens simuladas de IVUS, que foram divididas em 2 conjuntos de quadros. O primeiro conjunto, S1, continha todos os quadros da sequência de IVUS e o segundo conjunto, S2, continha apenas os quadros correspondentes a uma fase específica do ciclo cardíaco. Sendo assim, foi analisado o balanço entre o impacto do movimento cardíaco e a taxa de quadros. Para os pontos localizados nas bordas dos objetos, Optical flow teve um bom desempenho para ambos S1 e S2. Em regiões homogêneas, entretanto, o optical flow foi capaz de rastrear os pontos em S2, sugerindo que é melhor o trabalho com movimento cardíaco reduzido em detrimento da taxa de quadros, tal qual a aquisição de IVUS engatilhado por ECG. Já o 2D block matching apresentou um mau rastreamento para todos os pontos selecionados. Além da simulação da aquisição de ultrassonografia com deformação e do rastreamento de estruturas, também desenvolvemos uma nova técnica de filtragem capaz de remover a textura speckle sem borrar as bordas. A técnica proposta apresentou os melhores resultados quando comparados com outros nove filtros da literatura. Foi desenvolvida também uma nova métrica que utiliza o ruído speckle da própria imagem para fornecer um parâmetro que pode ajudar o usuário a decidir o tamanho da janelo de um filtro. / Ultrasonography (US) is used by physicians to help on diagnosis and interventions. It provides tomographic views of inner organs such as pancreas, aorta, inferior vena cava, liver, gall bladder, bile ducts, kidneys and spleen. The physician may utilize US to perform only a visual assessment or may also compress the tissue to analyze its dynamics, since lesion elasticity may be related to dangerousness. Consequently, several computational procedures have been developed in order to provide information about the elastic properties of the tissue. However, a thorough and objective evaluation of US computational procedures may be hindered by the difficult access to US images with the desired features and the lack of gold-standard parameters. Therefore, we developed a tool that is able to create numeric phantom that mimics the compression induced by physician with the transducer. The tissue deformation was based on finite elements method and the displacement of the scatterers were calculated using linear isomorphism. After the scatterer displacement, Field II was used to simulate the speckle noise. Thus, it is possible to create a sequence of US images with realistic deformation. This technique was implemented in Matlab and is available for free download. The phantom deformation was validated by measuring the strain contrast from double-layered phantoms. Special attention was given to cardiovascular diseases due to their impact on Brazilian and world populations. During the last decades, the prevalence of cardiovascular pathologies has increased progressively, and has become a serious public health problem. They are among the major causes of death, hospitalizations and health expenses. In interventionist practice, intravascular ultrasound (IVUS) is used to obtain information about blood vessels and eventual pathologies. Therefore, we also created numeric IVUS phantoms. The simulation of the blood vessel was also based in finite elements method with linear isomorphism. However, a reliable IVUS simulation must consider the catheter path inside the blood vessel, because it determines the position of the transducer. Hence, we developed a new method, based on equilibrium of forces, to determine the minimum energy position of the catheter. The method was validated by comparing its position with the position of a real stainless steel IVUS guidewire and presented root mean squared error and Hausdorff mean smaller than 1 mm for both. We used two different techniques to track and estimate deformation of different structures in the simulated US images, namely, Optical Flow and 2D Block Matching. We applied an innovative implementation of 2D block matching with sub-pixel linear interpolation and displacement propagation. Then, the estimated deformation from both methods were compared with the numeric gold-standard, and 2D block matching presented better results than optical flow. After the work with numeric phantoms, real US equipment was utilized to acquire B-mode images from a physical phantom. Then, we performed the movement estimation of the imaged tissue to analyze its morphological and dynamic properties. The results were compared to the elastography images provided by the US equipment. In accordance with the results from the numeric simulation, 2D block matching presented better results than Optical flow. Finally, we performed the two speckle tracking on a set of numerically simulated IVUS images, where the images were divided into two sets of frames. The first set, S1, contained all the frames from the IVUS sequence and the second set, S2, contained only the frames corresponding to a specific phase of the cardiac cycle. Thus, we analyzed the trade-off between the impact of the cardiac motion and low frame rate. For the points located at the edges of the object, optical flow had a good performance for both S1 and S2. In homogenous regions, however, optical flow was able to track the points only in S2, suggesting that it is better to work with low frame rate and reduced cardiac motion, as in EKG-triggered IVUS acquisition. 2D block matching presented poor results in all points of both S1 and S2. Besides the simulation of ultrasound acquisition with deformation and structure tracking, in this work, we also developed a new filtering technique that is able to remove the speckle texture without blurring the edges. The proposed filter presented the best results when compared to other nine filters from the literature. We also developed a metric that uses the speckle texture of the image to provide a parameter that may help the user decide the size of the window of the filter.

Orientador: Maria Jaqueline Mamprim / Resumo: A literatura veterinária possui escasso conteúdo a respeito do uso da ultrassonografia e elastossonografia para caracterização de lesões em linfonodos de cães. O objetivo do primeiro estudo foi comparar as características ultrassonográficas e elastossonográficas entre 50 linfonodos neoplásicos (LN) e 69 linfonodos não neoplásicos (LNN), em cães, com base no diagnóstico microscópico. A hipótese desse estudo é que seja possível distinguir lesões neoplásicas e não neoplásicas com tais técnicas de imagem. Variáveis quantitativas foram comparadas entre os grupos com teste t de student não pareado e, as variáveis categóricas, com teste U de Mann-Whitney. Linfonodos neoplásicos apresentaram dimensões significativamente maiores, relação entre eixo curto e eixo longo (RECEL) superior, maior frequência na perda da arquitetura interna, distribuição vascular predominante mista, índices de resistividade (IR) e de pulsatilidade (IP) superiores e maior rigidez à distribuição do escore elastográfico, em comparação com LNN. O objetivo do segundo estudo foi descrever as características ultrassonográficas e elastossonográficas de 25 linfonodos caninos parasitados por Leishmania spp. A hipótese desse estudo é que seja possível padronizar linfonodos contendo formas amastigotas de Leishmania spp por meio da ultrassonografia e elastografia. Houve aumento nas dimensões dos linfonodos, com RECEL próximo da normalidade. Observou-se alta prevalência de contornos irregulares, bordas nítidas e ausência d... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: Applicability of ultrasonography and sonoelastography for characterization of lymph node lesions has not been established. The aim of the first study was to compare sonographic and sonoelastographic features between 50 neoplastic and 69 non-neoplastic lymph nodes of dogs, categorized according to microscopy. We hypothesize that sonography and sonoelastography allow the differentiation between neoplastic and non-neoplastic lymph node lesions. Quantitative variables were compared using Student’s unpaired t test and categoric variables were assessed using non-parametric Mann-Whitney U test. Neoplastic nodes had larger size, and short-to-long axis, predominantly mixed vascular flow distribution (hilar and peripheral) on Color Doppler and on Power Doppler, higher resistivity and pulsatility indices, and higher stiffness (score predominantly 4) on elastographic chromatic scale in comparison with non-neoplastic lymph nodes. The aim of the second study was to describe sonographic and elastosonographic features of 25 canine lymph nodes parasitized with Leishmania spp. We hypothesize that sonography and sonoelastography allow standardization of lymph nodes with Leishmania spp. There was enlargement of the lymph nodes associated with maintenance of the shape. Most of the nodes had irregular contour, well-defined borders and absent hilar tissue definition. A minority of the nodes had heterogeneous uniformity due to focal hypoechoic areas or peripheric hypoechoic areas. Vascular flow dist... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Neste trabalho é apresentada uma nova modalidade de imagens elastográficas baseada na emissão acústica, quando um meio é submetido à radiação ultrassônica. Esta técnica está sendo denominada de Acustografia por Pulso/Emissão (APE). Características não-lineares da propagação acústica de ondas ultrassônicas, e a resposta mecânica vibracional, foram utilizadas como artifício para geração de imagens com frequências da ordem de quilohertz (kHz), a partir da excitação com ondas ultrassônicas na ordem de megahertz. Para produzir imagens com essa nova modalidade, simuladores de tecido biológicos foram construídos com diferenças de rigidez localizadas, e submetidos a uma radiação ultrassônica focalizada (MHz). O som emitido devido a interação da onda ultrassônica com a região de interesse era gravado e processado de modo a associar a cada pequena porção do tecido a um valor relacionado a rigidez para a formação da imagem. Os resultados mostraram que o método pode produzir imagens associadas às alterações viscoelásticas das amostras. A resolução espacial mostrou-se fortemente ligada a morfologia do campo acústico de excitação, sendo possível detectar estruturas da ordem de 0,25 mm isoladamente. A técnica de aquisição, desenvolvida e apresentada neste trabalho, é similar a técnica de vibroacustografia todavia, com uma instrumentação reduzida e com a possibilidade de obtenção de mais informações da estrutura do meio material, a partir dos fenômenos não lineares observados. Estudos pilotos de aplicação desta nova técnica e com a vibroacustografia, foram realizados e comparados para a avaliação de potenciais aplicações, por exemplo, na avaliação do sinal acústico diante de mudanças nas propriedades viscoelásticas do meio induzidas por mudança de temperatura; formação de imagens em meios com inclusões isoecogênicas e com rigidez ligeiramente diferentes; geração de imagens de estrutura óssea in vitro. / In this work is presented a new modality of elastography images based on the acoustic emission when a material medium was subjected to a ultrasound radiation.This tecnique Nonlinearity behavior of the acoustic wave propagation and the vibrational mechanical response were used to produce images from kilohertz frequencies when the sample was excited by ultrasound waves in megahertz. To produce images with this modality, tissue mimicking phantoms were made with stiffness in homogeneities and subjected a focused ultrasound radiation pulses. The sound emitted due the interaction of the ultrasound wave with the region of interest was recorded and processed in order to associate each small portion of the tissue to a value for image formation. The results showed that this method can produce images associated to the viscoelastic changes of the samples. The spatial resolution have showed strongly linked to the morphology of the excitation acoustic field, this way was possible to detect isolated structures in order of 0.25 mm. The acquisiton technique developed and presented in this work is similar to the vibroacoustography technique, however with reduced instrumentation setup and with the possibility to acquire further information about the structure of the material from the nonlinear phenomenal. Preliminary studies of this new technique and the vibroacoustography were made and compared to evaluate the potential applications, for example, in the evalution of the acoustic signal behavior due changes in the viscoelastic properties changes induced by temperature variations; image formation in the medium with lightly stiffness inclusions; generation of the images of bone structure in vitro.

Este trabalho teve como objetivo estudar um caso específico de epilepsia refratária causada por uma má formação no tecido cerebral, denominada displasia cortical focal (DCF). Por ser uma má formação no cérebro, suas consequências aparecem desde a infância, em que ela, a DCF, é a principal causadora das epilepsias de caso refratário. O mapeamento da região com DCF geralmente é feito por meio de imagens de ressonância magnética em conjunto com outras técnicas, como, por exemplo, o PET (positron emission tomography), o EEG (eletroencefalograma) intracraniano, entre outras. Contudo, por serem técnicas muito caras, de difícil realização ou muito invasivas, e por sabermos que as regiões displásicas possuem uma rigidez diferente da do restante do cérebro, foi proposto nesta dissertação o estudo desses casos utilizando uma técnica barata, simples, não invasiva e sensível à rigidez tecidual, a elastografia por ultrassom, na qual, para causar a deformação do tecido cerebral, foram usadas próprias artérias internas do cérebro. Para tal estudo, criamos um algoritmo de processamento de dados com uma interface gráfica GUI (graphical user interface) capaz de mudar os parâmetros de processamento e ver seus resultados em tempo real. Em seguida, esse algoritmo foi estudado em um ambiente controlado em material mimetizador de tecido biológico (phantom), no qual construímos um bloco de 10 x 10 x 12cm3, preenchido com material que mimetiza as propriedades mecânicas e acústicas do tecido mole e inserimos nele uma bexiga canudo preenchida com um uido simulador de sangue e uma inclusão mais rígida do que a base do material, posicionada acima do canudo. Foi utilizado, também, um acionador mecânico pulsátil para simular a pulsação mecânica equivalente à pulsação sanguínea da artéria cerebral. Foram feitas imagens elastográcas e de velocidade utilizando somente a deformação causada pelo deslocamento da bexiga, no interior do phantom, e, através de uma transformada de Fourier, foi calculado o período de pulsação da bexiga. Vimos que as imagens elastográcas e de velocidade foram capazes de localizar a inclusão, e o processamento temporal pode nos mostrar com precisão a frequência de pulsação da bexiga canudo. Finalizada essa etapa laboratorial, zemos o mesmo procedimento, porém in vivo, para dois casos: um com DCF tipo III-B, no qual não enxergávamos nada no modo B; e outro com tipo II-B, no qual foi observado uma diferença de impedância mecânica pelo modo B. As imagens foram coletadas durante o procedimento cirúrgico pelo próprio cirurgião usando um transdutor microconvexo acoplado a uma plataforma de ultrassom, modelo Sonix RP, e processadas num segundo momento. Vimos, no primeiro caso, pelas imagens elastográcas, as regiões mais rígidas, supostamente displásicas, que não estavam aparecendo no modo B e, no segundo caso, uma região maior do que a apresentada no modo B. Nossos resultados das medidas de frequência da pulsação arterial, para ambas as situações, 61; 5BPM e 91BPM, caram bastante próximos do valor medido com o eletrocardiograma durante a coleta do sinal, 65BPM e 94BPM, respectivamente. Por meio dos resultados da análise histológica, pudemos conrmar que o que estávamos enxergando com nosso programa era realmente uma região displásica. Dessa forma, concluímos que nosso algoritmo funcionou bem para esses casos clínicos. / The mainly goal of this work was to study a specic case of refractory epilepsy generated by a malformation in the brain tissue, called focal cortical dysplasia (FCD). Due the fact it is a brain malformation its eects show up since the childhood where it is the principal epilepsy generator. The mapping of this region is usually made by magnetic resonance images with another technique, such as, for instance, the PET (position emition tomography), the EEG (electrocardiogram), and others. However, for the fact that these techniques are expensive, dicult to perform or invasive, and knowing that the dysplastic regions are stier than the regular brain tissue, it was proposed in this dissertation the use of ultrasound elastography as a cheaper, simpler and noninvasive image modality capable to detect dierences in the tissue stiness of the FCD region. To generate the strain in the brain tissue it was used the pulsation of the local arteries. To achieve our goal, we created a data processing algorithm in MATLAB with a graphic user interface (GUI) capable to change the processing parameters to see its results in real time. This algorithm was tested in phantom using a block of tissue mimicking material (10 x 10 x 12 cm3). A balloon of latex led with a blood mimicking uid was immersed in the middle of the phantom and a cylindrical inclusion of 1 cm of diameter was immersed above the balloon. The bulb of the balloon was keep outside of the phantom to be mechanically pressured by a dedicated magnetic actuator, simulating the mechanical pulsation of the brain arteries. The velocity and elastography images were studied using just the strain caused by the displacement of the wall of the balloon tube inside the phantom. The period of pulsation was precisely calculated from these images. After that, we did the same procedure in two in vivo cases: one with FCD type III-B; and the other with FCD type II-B. All our intraoperative images were acquired for the surgeons using a micro convex transducer linked to an Ultrasound platform (Sonix RP) and, then, processed o-line. In the B mode scanning we didnât see any formation inside the brain for the rst case, and for the second, we did. In the elastographic images we saw a clearly stiffer region in the rst case that was invisible in the B mode; and for the second case, we saw a bigger stiffer region than we saw in the B mode imaging too. And for both results, the arteria pulsation frequency, 61.5 BPM and 91 BPM, were veryclose to the measured value collected in the electrocardiogram during the surgery, 65 BPM and 94 BPM, respectively. Analyzing the histological results we could conrm that what we were showing in our elastographic images were FCD, indeed. Thereby we concluded that our algorithm had worked in these clinical data.

A magneto-acustografia ou, em uma nova terminologia mais abrangente, vibromagneto-acustografia (VMA) é uma técnica que combina técnicas magnéticas e acústicas, a fim de observar o comportamento visco-elástico de um meio material marcado com partículas magnéticas (alvo). A força magnética oscilatória de frequência () provoca, dentro do alvo, movimento das partículas e do meio material com frequência (2). O feixe acústico pulso-eco utilizado para detectar o movimento das estruturas, tem uma frequência de repetição de pulso (PRF), no mínimo, cinco vezes maior que a frequência do movimento do alvo. Assim, a proposta deste projeto foi desenvolver um protocolo de aquisição, processamento e análise da técnica VMA, por meio da implementação de uma plataforma automatizada de aquisição, que forneça dados estruturados para posteriormente através de uma plataforma de processamento analisar diferentes aplicações da técnica VMA em fantomas e in vivo. A primeira etapa foi desenvolver a plataforma de aquisição utilizando um equipamento de ultrassom diagnóstico por imagem. Nesta etapa foi desenvolvido um software, com interface gráfica de usuário, escrito em C++ e Qt com a função de automatizar a excitação magnética e a aquisição acústica de alta resolução temporal, foram definidos os protocolos padrão dos modos de excitação magnética e de aquisição acústica em termos da taxa de aquisição dos frames ultrassônicos para gerar movimentos oscilatórios ou ondas de cisalhamento. Em seguida, os dados provenientes das aquisições foram estruturados por meio de um cabeçalho para transferência para outros computadores através do protocolo TCP/IP. Depois foi desenvolvida um software, com interface gráfica de usuário, para a fase de processamento e análise. O processamento dos frames adquiridos em modo radiofrequência (RF) consistiu em obter mapas de deslocamentos ou velocidades das estruturas internas do meio material utilizado como alvo. Nesta etapa adaptamos o algoritmo de correlação cruzada normalizada com correção de pico de máxima correlação x e obtivemos mapas otimizados para a técnica VMA. A avaliação da otimização destes mapas foi baseada na avaliação entre a resolução espacial e tempo computacional. A partir do uso destes softwares em experimentos com fantomas e in vivo foram desenvolvidos métodos de análise da frequência dos deslocamentos e segmentação/caracterização de ondas de cisalhamento em termos da sua velocidade e atenuação. Por fim, foi implementado um sistema VMA automatizado composto, por uma plataforma de aquisição embarcada em equipamento de diagnóstico por ultrassom para aquisição de mapas de RF e, que posteriormente eram transferidos para um computador com hardware superior para geração de mapas de deslocamento do meio material. Os mapas foram analisados para determinação de parâmetros visco-elásticos. Além disso, através da implementação da técnica VMA, viabilizou-se estudos clínicos de maneira rápida e eficiente, por exemplo, análises gástricas após a digestão de alimentos marcados com partículas magnéticas e produção de ondas de cisalhamento para caracterização viscoelástica. / The magneto motive ultrasound (MMUs) is a novel technique, which combines magnetism and acoustics, in order to observe viscoelastic behavior of medium labeled with inserted magnetic particles. The magnetic force with modulation frequency () creates a mechanical disturbance in the object of study with twice the modulation frequency (2). Was applied a pulse-echo ultrasonic beamforming with pulse repetition frequency (PRF) at least five times greater than frequency of internal structure movement. The aim of this study was to develop an acquisition, processing and analysis protocol for MMUs through implementation of an automated platform for acquisition, which provides structured datasets for further processing and analysis of different applications (tissue mimicking phantoms or in vivo) of MMUs. First step was to develop the acquisition platform using an ultrasound research interface (URI). At this stage was developed a software with graphical user interface (GUI) written using C++ and Qt. This software automates magnetic excitation and acoustic acquisition, which has high frame rate. In addition, were defined default presets to provide oscillatory movement or shear waves. Then was created datasets acquired were structured and a header and transferred to an external personal computer through TCP/IP network. Second, the processing software with graphical user interface for processing and analyzing was developed. The frames acquired in radiofrequency (RF) mode were processed into displacement or velocity maps of medium internal structures. In this stage, we adapted a cross correlation algorithm to optimize for MMUs datasets. The evaluation of these maps was based on tradeoff between spatial resolution and computation time. Protocols for analysis of motion frequency and segmentation/characterization of shear waves, extracting velocity and attenuation for experiments performed with phantoms or in vivo were developed . In this work, it was implemented an automated MMUs system integrated with a software framework running on an ultrasound research interface (URI), which is used for acquisition of RF maps, further transferred for a PC with robust hardware to process into displacement maps. These maps were analyzed to obtain viscoelastic parameters of the medium. Moreover, this implementation of MMUs enables clinical fast and efficient trials for gastric evaluation of meals with magnetic particles and shear wave production for viscoelastic characterization.

INTRODUÇÃO: A cirrose é a oitava causa de mortalidade no mundo, e sua progressão e estadiamento são de extrema importância nos pacientes com doença terminal do fígado. A presença de cirrose é reconhecida como risco aumentado de carcinoma hepatocelular (CHC) e o seu aparecimento está diretamente relacionado ao grau de fibrose do fígado. Na última década, notou-se o desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de predição do grau de fibrose e cirrose, através de métodos não-invasivos, com o objetivo de substituir a biópsia hepática. A população em lista de espera para transplante de fígado apresenta graus diferentes de fibrose hepática, que pode não estar diretamente relacionada ao MELD. Além disso, esses pacientes apresentam CHC no momento da triagem para transplante de fígado. Não existe avaliação desta população por elastografia. OBJETIVO: O objetivo deste trabalho foi avaliar os pacientes em triagem para transplante de fígado, com e sem carcinoma hepatocelular, pela elastografia hepática com Fibroscan® e ARFI. MÉTODO: Foram estudados 103 pacientes adultos do ambulatório de triagem da Disciplina de Transplante de Órgãos do Aparelho Digestivo HC/FMUSP, no período de outubro de 2012 à dezembro de 2013. A amostragem foi por conveniência e foram avaliados dados clínicos, epidemiográficos, laboratoriais, imagem, elastográficos e o desfecho. Análise de elastografia transitória (ET) foi feita pelo Fibroscan® TM (Echosens, França) e força impulso por radiação acústica (ARFI) (Siemens Acuson S2000, Alemanha) nos grupos com e sem CHC comprovados de acordo com orientação de diagnóstico pelas diretrizes européias (EASL) e americanas (AASLD). Para a análise estatística foi realizado o teste de Mann-Whitney, teste não paramétrico aplicado para duas amostras independentes; o teste de Fisher e o método ANOVA através do teste de Kruskal-Wallis ou teste de Tukey para comparações múltiplas. Foi realizado também a curva ROC para avaliação dos testes diagnósticos e ponto de corte. O valor considerado de p significativo foi <0,05. RESULTADOS: Entre os pacientes avaliados, a maioria foi de homens (68%), com idade média de 53 ± 11,5 anos. A etiologia mais comum foi o vírus da hepatite C (VHC) em 34,9%. A classificação pelo escore Child-Turcotte-Pugh (CTP) mostrou: pacientes classe A em 38,4%, classe B em 47,2% e classe C em 14,2%. O valor do MELD médio dos pacientes foi de 14,75 (± 6,45) e a mediana de 14 (variando, 6 - 32). Na população estudada de 103 pacientes, a ET (Fibroscan®) foi realizada com sucesso em 75 de 103 pacientes e ARFI em 78 de 78 pacientes. A etiologia VHC e elevados valores de alfa-feto proteína foram fatores de risco para a presença de CHC. Os valores de MELD mais elevados foram significativos nos pacientes que evoluíram a óbito. A curva ROC mostrou respectivamente sensibilidade e especificidade para a AFP de 50% e 86% (valor de corte 9,1); ET (valor de corte 9 kPa) 92% e 17%; e ARFI 21% e 92% (valor de corte 2,56 m/s). O valor médio da ET nos pacientes com CHC foi de 30,4 ± 21,0 kPa, do ARFI do parênquima hepático foi de 1,97 ± 0,64 e ARFI do nódulo hepático foi de 1,89 ± 0,74. CONCLUSÃO: Os pacientes em triagem para transplante de fígado com carcinoma hepatocelular apresentam valores elevados de elastografia tanto pelo Fibroscan® quanto pelo ARFI®. A elastografia apresenta-se como uma importante ferramenta não invasiva para o acompanhamento de cirróticos graves podendo ajudar no manejo do carcinoma hepatocelular / INTRODUCTION: Cirrhosis is the eighth leading cause of mortality worldwide and its progression and staging are extremely important in patients with end liver disease. The presence of cirrhosis is recognized as an increased risk of hepatocellular carcinoma (HCC) and its incidence is directly related to the degree of liver fibrosis. In the last decade, was noted the development and improvement of methods for predicting the degree of fibrosis and cirrhosis using non-invasive methods, aiming to replace the liver biopsy. The population on the liver transplant waiting list presents different degrees of liver fibrosis, which may not be directly related to MELD. In addition, these patients have HCC at the time of screening for liver transplantation. There is no evaluation of this population by elastography. OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate patients on screened to the list for liver transplantation, with and without hepatocellular carcinoma, by liver elastography with Fibroscan and ARFI. METHOD: Were studied 103 adult patients from the screening for liver transplantation waiting list on the Liver and Gastrointestinal Transplant Division HC/FMUSP from October 2012 to December 2013. Sampling for convenience and evaluation clinical data, epidemiological, laboratory, imaging, elastography findings and outcome. Analysis of transient elastography (TE) by Fibroscan TM (Echosens, France) and Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) by (Siemens Acuson S2000, Germany) in patients with and without HCC proven in accordance with guidelines of diagnosis EASL/AASLD. Fisher\'s ANOVA or Kruskal-Wallis tests Whitney-Mann Test were performed. Tukey and define cut-of for examinations with ROC curves. The p value considered was < 0.05. RESULTS: Among the patients, the majority were men (68%), mean age 53 ± 11.5 years. This is the most common cause of hepatitis C virus (HCV) 34.9%. The classification by Child-Turcotte-Pugh score (CTP) showed: class A patients in 38.4%, 47.2% in class B and class C in 14.2%. The average value of MELD patients was 14.75 (± 6.45) and a median of 14 (range, 6-32). In the study population of 103 patients, the ET (Fibroscan) was successfully performed in 75 of 103 patients and ARFI in 78 of 78 patients. The HCV etiology and high levels of alpha-fetoprotein were risk factors for the presence of HCC. MELD values were significant higher in patients who died. The ROC curve shown respectively sensitivity and specificity for AFP of 50% and 86% (cutoff 9.1); ET (9 cutoff kPa) 92% to 17%; and ARFI 21% and 92% (cut-off 2.56 m / s). The average value of ET in HCC patients was 30.4 ± 21.0 kPa, the ARFI parenchymal liver was 1.97 ± 0.64 and ARFI liver nodules was 1.89 ± 0.74. CONCLUSION: Patients in screening for liver transplantation with hepatocellular carcinoma have elevated values of both elastography by Fibroscan as the ARFI®. Elastography is presented as an important non-invasive tool for monitoring severe cirrhosis may help in management of hepatocellular carcinoma

INTRODUÇÃO: A cirrose é a oitava causa de mortalidade no mundo, e sua progressão e estadiamento são de extrema importância nos pacientes com doença terminal do fígado. A presença de cirrose é reconhecida como risco aumentado de carcinoma hepatocelular (CHC) e o seu aparecimento está diretamente relacionado ao grau de fibrose do fígado. Na última década, notou-se o desenvolvimento e aperfeiçoamento dos métodos de predição do grau de fibrose e cirrose, através de métodos não-invasivos, com o objetivo de substituir a biópsia hepática. A população em lista de espera para transplante de fígado apresenta graus diferentes de fibrose hepática, que pode não estar diretamente relacionada ao MELD. Além disso, esses pacientes apresentam CHC no momento da triagem para transplante de fígado. Não existe avaliação desta população por elastografia. OBJETIVO: O objetivo deste trabalho foi avaliar os pacientes em triagem para transplante de fígado, com e sem carcinoma hepatocelular, pela elastografia hepática com Fibroscan® e ARFI. MÉTODO: Foram estudados 103 pacientes adultos do ambulatório de triagem da Disciplina de Transplante de Órgãos do Aparelho Digestivo HC/FMUSP, no período de outubro de 2012 à dezembro de 2013. A amostragem foi por conveniência e foram avaliados dados clínicos, epidemiográficos, laboratoriais, imagem, elastográficos e o desfecho. Análise de elastografia transitória (ET) foi feita pelo Fibroscan® TM (Echosens, França) e força impulso por radiação acústica (ARFI) (Siemens Acuson S2000, Alemanha) nos grupos com e sem CHC comprovados de acordo com orientação de diagnóstico pelas diretrizes européias (EASL) e americanas (AASLD). Para a análise estatística foi realizado o teste de Mann-Whitney, teste não paramétrico aplicado para duas amostras independentes; o teste de Fisher e o método ANOVA através do teste de Kruskal-Wallis ou teste de Tukey para comparações múltiplas. Foi realizado também a curva ROC para avaliação dos testes diagnósticos e ponto de corte. O valor considerado de p significativo foi <0,05. RESULTADOS: Entre os pacientes avaliados, a maioria foi de homens (68%), com idade média de 53 ± 11,5 anos. A etiologia mais comum foi o vírus da hepatite C (VHC) em 34,9%. A classificação pelo escore Child-Turcotte-Pugh (CTP) mostrou: pacientes classe A em 38,4%, classe B em 47,2% e classe C em 14,2%. O valor do MELD médio dos pacientes foi de 14,75 (± 6,45) e a mediana de 14 (variando, 6 - 32). Na população estudada de 103 pacientes, a ET (Fibroscan®) foi realizada com sucesso em 75 de 103 pacientes e ARFI em 78 de 78 pacientes. A etiologia VHC e elevados valores de alfa-feto proteína foram fatores de risco para a presença de CHC. Os valores de MELD mais elevados foram significativos nos pacientes que evoluíram a óbito. A curva ROC mostrou respectivamente sensibilidade e especificidade para a AFP de 50% e 86% (valor de corte 9,1); ET (valor de corte 9 kPa) 92% e 17%; e ARFI 21% e 92% (valor de corte 2,56 m/s). O valor médio da ET nos pacientes com CHC foi de 30,4 ± 21,0 kPa, do ARFI do parênquima hepático foi de 1,97 ± 0,64 e ARFI do nódulo hepático foi de 1,89 ± 0,74. CONCLUSÃO: Os pacientes em triagem para transplante de fígado com carcinoma hepatocelular apresentam valores elevados de elastografia tanto pelo Fibroscan® quanto pelo ARFI®. A elastografia apresenta-se como uma importante ferramenta não invasiva para o acompanhamento de cirróticos graves podendo ajudar no manejo do carcinoma hepatocelular / INTRODUCTION: Cirrhosis is the eighth leading cause of mortality worldwide and its progression and staging are extremely important in patients with end liver disease. The presence of cirrhosis is recognized as an increased risk of hepatocellular carcinoma (HCC) and its incidence is directly related to the degree of liver fibrosis. In the last decade, was noted the development and improvement of methods for predicting the degree of fibrosis and cirrhosis using non-invasive methods, aiming to replace the liver biopsy. The population on the liver transplant waiting list presents different degrees of liver fibrosis, which may not be directly related to MELD. In addition, these patients have HCC at the time of screening for liver transplantation. There is no evaluation of this population by elastography. OBJECTIVE: The aim of this study was to evaluate patients on screened to the list for liver transplantation, with and without hepatocellular carcinoma, by liver elastography with Fibroscan and ARFI. METHOD: Were studied 103 adult patients from the screening for liver transplantation waiting list on the Liver and Gastrointestinal Transplant Division HC/FMUSP from October 2012 to December 2013. Sampling for convenience and evaluation clinical data, epidemiological, laboratory, imaging, elastography findings and outcome. Analysis of transient elastography (TE) by Fibroscan TM (Echosens, France) and Acoustic Radiation Force Impulse (ARFI) by (Siemens Acuson S2000, Germany) in patients with and without HCC proven in accordance with guidelines of diagnosis EASL/AASLD. Fisher\'s ANOVA or Kruskal-Wallis tests Whitney-Mann Test were performed. Tukey and define cut-of for examinations with ROC curves. The p value considered was < 0.05. RESULTS: Among the patients, the majority were men (68%), mean age 53 ± 11.5 years. This is the most common cause of hepatitis C virus (HCV) 34.9%. The classification by Child-Turcotte-Pugh score (CTP) showed: class A patients in 38.4%, 47.2% in class B and class C in 14.2%. The average value of MELD patients was 14.75 (± 6.45) and a median of 14 (range, 6-32). In the study population of 103 patients, the ET (Fibroscan) was successfully performed in 75 of 103 patients and ARFI in 78 of 78 patients. The HCV etiology and high levels of alpha-fetoprotein were risk factors for the presence of HCC. MELD values were significant higher in patients who died. The ROC curve shown respectively sensitivity and specificity for AFP of 50% and 86% (cutoff 9.1); ET (9 cutoff kPa) 92% to 17%; and ARFI 21% and 92% (cut-off 2.56 m / s). The average value of ET in HCC patients was 30.4 ± 21.0 kPa, the ARFI parenchymal liver was 1.97 ± 0.64 and ARFI liver nodules was 1.89 ± 0.74. CONCLUSION: Patients in screening for liver transplantation with hepatocellular carcinoma have elevated values of both elastography by Fibroscan as the ARFI®. Elastography is presented as an important non-invasive tool for monitoring severe cirrhosis may help in management of hepatocellular carcinoma

Este trabalho apresenta uma nova metodologia para elastografia virtual em imagens simuladas de ultrassom utilizando métodos numéricos e métodos de visão computacional. O objetivo é estimar o módulo de elasticidade de diferentes tecidos tendo como entrada duas imagens da mesma seção transversal obtidas em instantes de tempo e pressões aplicadas diferentes. Esta metodologia consiste em calcular um campo de deslocamento das imagens com um método de fluxo óptico e aplicar um método iterativo para estimar os módulos de elasticidade (análise inversa) utilizando métodos numéricos. Para o cálculo dos deslocamentos, duas formulações são utilizadas para fluxo óptico: Lucas-Kanade e Brox. A análise inversa é realizada utilizando duas técnicas numéricas distintas: o Método dos Elementos Finitos (MEF) e o Método dos Elementos de Contorno (MEC), sendo ambos implementados em Unidades de Processamento Gráfico de uso geral, GpGPUs ( \"General Purpose Graphics Units\" ). Considerando uma quantidade qualquer de materiais a serem determinados, para a implementação do Método dos Elementos de Contorno é empregada a técnica de sub-regiões para acoplar as matrizes de diferentes estruturas identificadas na imagem. O processo de otimização utilizado para determinar as constantes elásticas é realizado de forma semi-analítica utilizando cálculo por variáveis complexas. A metodologia é testada em três etapas distintas, com simulações sem ruído, simulações com adição de ruído branco gaussiano e phantoms matemáticos utilizando rastreamento de ruído speckle. Os resultados das simulações apontam o uso do MEF como mais preciso, porém computacionalmente mais caro, enquanto o MEC apresenta erros toleráveis e maior velocidade no tempo de processamento. / This thesis presents a new methodology for computational elastography applied to simulated ultrasound images, using numerical methods and comptuter vision methods. The aim is to estimate the elastic moduli of diferent tissues using two diferent images of the same cross section acquired in diferent times and pressure conditions. The proposed methodology consists in evaluate the displacement field using optical flow techniques and then apply an inverse analysis using a numerical method. In order to evaluate the displacement field, two distinct formulations for optical flow are used: Lucas-Kanade and Brox. For the inverse analysis problem, the Finite Element Method and the Boundary Element Method are used, both implemented in general purpose graphic units, GpGPUs. Considering a number of materials that may be present in the images, the multiresgions boundary element method is used in order to couple diferent matrices for diferent materials. The optimization process is evaluated using complex variable method. The methodology is validated in three diferent steps: noiseless simulations; additive white gaussian noise simulations; and ultrasound mathematical phantom with speckle tracking. The results show that the Finite Element Method presents more accurate estimatives but a high computational cost, while the Boundary Element Method presents tolerable errors but a better processing time.

Muitos procedimentos vêm sendo desenvolvidos para auxiliar no diagnóstico precoce do câncer de mama. Devido a subjetividade na interpretação de imagens, os sistemas de diagnóstico auxiliado por computador (CADx) têm oferecido ao especialista uma segunda opinião mais precisa e confiável. Nesse propósito, essa pesquisa apresenta uma metodologia de investigação da potencialidade diagnóstica de um sistema computacional na classificação de achados suspeitos em imagens de ultrassom modo-B e de elastografia da mama. A base de dados foi constituída por 31 lesões malignas e 52 benignas e um conjunto adicional contendo 206 lesões de ultrassom modo-B (144 benignas e 62 malignas) para a realização dos testes de aprendizado de máquina. O contorno foi determinado automaticamente e através do delineamento manual de três radiologistas sob a imagem de ultrassom modo-B e, em seguida, mapeado na imagem elastográfica. As lesões foram classificadas pelo sistema CADx desenvolvido para ultrassom modo-B e elastografia do tipo strain. Os dados foram avaliados por meio da sensibilidade, especificidade e AUC. O sistema CADx desenvolvido proporcionou equivalência diagnóstica para a classificação das lesões a partir das diversas formas de determinação do contorno (manual e automática), permitindo a redução da variabilidade. Além disso, o sistema apontou resultados superiores à análise visual do radiologista que, quando considerado o resultado fornecido pela associação entre as imagens de ultrassom modo-B e elastografia, proporcionou um aumento comparativo de cerca de 7% em sensibilidade e 17,2% em especificidade nos testes com o sistema CADx usando o contorno feito pelo radiologista mais experiente. Além disso, constatou-se uma influência positiva no uso da ferramenta computacional pelos radiologistas, pois, na média, seus índices de sensibilidade e especificidade diagnóstica aumentaram também em relação à situação de análise convencional, passando de 87,1% e 55,8% para 90,3% e 73,1%, respectivamente. / Many procedures have been developed to aid in the early detection and diagnosis of breast cancer. In this context, Computer-Aided Diagnosis (CADx) systems were designed to provide to the specialist a reliable second opinion. This study presents the proposal of investigating the diagnostic ability of a computational system in the characterization of suspicious findings in B-mode ultrasound and breast elastography imaging. The database consisted of 31 malignant and 52 benign lesions and an additional data set containing 206 lesions (144 benign and 62 malignant) seen only on the B-mode ultrasound for performing the machine learning tests. Three radiologists drew manually the contour of the lesions in B-mode ultrasound and we used an automatic technique to segment the lesions. Then, the contour was mapped in the elastography image. The lesions were classified using the CADx system developed for B-mode ultrasound and strain elastography. We calculated the sensitivity, specificity and AUC to evaluate the data. The developed CADx system provided a diagnostic concordance in the classification of breast lesions from the different ways of contour determination (manual and automatic), allowing to reduce the diagnostic variability. In addition, the CADx system showed superior results to the visual analysis of the radiologist. When the radiologist associated both examinations (B-mode ultrasound and elastography), his visual analysis provided 87.10%, 55.77% and 0.714 of sensitivity, specificity and AUC, respectively. When we considered the result provided by the association between B-mode ultrasound and elastography images, the CADx system provided a comparative increase of about 7% of sensitivity and 17.2% of specificity, using the contour delimited by the most experienced radiologist. In addition, a positive influence was observed in the use of the computational tool by radiologists, since, on average, their sensitivity and specificity indexes also increased in relation to the conventional analysis, from 87.1% and 55.8% to 90.3% and 73.1%, respectively.

Muitos procedimentos vêm sendo desenvolvidos para auxiliar no diagnóstico precoce do câncer de mama. Devido a subjetividade na interpretação de imagens, os sistemas de diagnóstico auxiliado por computador (CADx) têm oferecido ao especialista uma segunda opinião mais precisa e confiável. Nesse propósito, essa pesquisa apresenta uma metodologia de investigação da potencialidade diagnóstica de um sistema computacional na classificação de achados suspeitos em imagens de ultrassom modo-B e de elastografia da mama. A base de dados foi constituída por 31 lesões malignas e 52 benignas e um conjunto adicional contendo 206 lesões de ultrassom modo-B (144 benignas e 62 malignas) para a realização dos testes de aprendizado de máquina. O contorno foi determinado automaticamente e através do delineamento manual de três radiologistas sob a imagem de ultrassom modo-B e, em seguida, mapeado na imagem elastográfica. As lesões foram classificadas pelo sistema CADx desenvolvido para ultrassom modo-B e elastografia do tipo strain. Os dados foram avaliados por meio da sensibilidade, especificidade e AUC. O sistema CADx desenvolvido proporcionou equivalência diagnóstica para a classificação das lesões a partir das diversas formas de determinação do contorno (manual e automática), permitindo a redução da variabilidade. Além disso, o sistema apontou resultados superiores à análise visual do radiologista que, quando considerado o resultado fornecido pela associação entre as imagens de ultrassom modo-B e elastografia, proporcionou um aumento comparativo de cerca de 7% em sensibilidade e 17,2% em especificidade nos testes com o sistema CADx usando o contorno feito pelo radiologista mais experiente. Além disso, constatou-se uma influência positiva no uso da ferramenta computacional pelos radiologistas, pois, na média, seus índices de sensibilidade e especificidade diagnóstica aumentaram também em relação à situação de análise convencional, passando de 87,1% e 55,8% para 90,3% e 73,1%, respectivamente. / Many procedures have been developed to aid in the early detection and diagnosis of breast cancer. In this context, Computer-Aided Diagnosis (CADx) systems were designed to provide to the specialist a reliable second opinion. This study presents the proposal of investigating the diagnostic ability of a computational system in the characterization of suspicious findings in B-mode ultrasound and breast elastography imaging. The database consisted of 31 malignant and 52 benign lesions and an additional data set containing 206 lesions (144 benign and 62 malignant) seen only on the B-mode ultrasound for performing the machine learning tests. Three radiologists drew manually the contour of the lesions in B-mode ultrasound and we used an automatic technique to segment the lesions. Then, the contour was mapped in the elastography image. The lesions were classified using the CADx system developed for B-mode ultrasound and strain elastography. We calculated the sensitivity, specificity and AUC to evaluate the data. The developed CADx system provided a diagnostic concordance in the classification of breast lesions from the different ways of contour determination (manual and automatic), allowing to reduce the diagnostic variability. In addition, the CADx system showed superior results to the visual analysis of the radiologist. When the radiologist associated both examinations (B-mode ultrasound and elastography), his visual analysis provided 87.10%, 55.77% and 0.714 of sensitivity, specificity and AUC, respectively. When we considered the result provided by the association between B-mode ultrasound and elastography images, the CADx system provided a comparative increase of about 7% of sensitivity and 17.2% of specificity, using the contour delimited by the most experienced radiologist. In addition, a positive influence was observed in the use of the computational tool by radiologists, since, on average, their sensitivity and specificity indexes also increased in relation to the conventional analysis, from 87.1% and 55.8% to 90.3% and 73.1%, respectively.