Dissertação (mestrado)—Universidade de Brasília, Faculdade UnB Gama, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Biomédica, 2018. / A esquizofrenia é uma transtorno psíquico grave que afeta cerca de 1% da população mundial, e seu diagnóstico é realizado por um médico especializado baseando-se no Manual do Diagnóstico e Estatístico de Transtornos Mentais DSM-5. Contudo, este tipo de diagnóstico geralmente acontece de forma tardia e diminuindo as chances de tratamento. Diante da complexidade do diagnóstico clássico da esquizofrenia apresentado pelo manual e da descoberta de mudanças anatômicas em áreas do cérebro existentes em pacientes com a doença, estudos recentes que utilizaram as características anatômicas para classificação obtiveram resultados promissores. Apesar de mostrarem-se promissores, apenas algumas regiões do cérebro foram utilizadas para classificação, porém, a esquizofrenia apresenta alterações anatômicas em diversas áreas, não havendo um padrão de escolha definitivo para o problema. Por outro lado, houve avanços em técnicas de aprendizado de máquina como o Aprendizado Profundo (do inglês, deep learning). Nestas técnicas não há a necessidade da escolha de características para a classificação do estudo, em outras palavras, sendo uma técnica em que as estruturas aprendem as melhores características que descrevem o problema de forma automática, diferentemente de técnicas clássicas de classificação como a SVM (do inglês, Support Vector Machine), em que existe a necessidade da escolha destas características como forma de entrada. Neste contexto, a pesquisa propõe a aplicação de uma técnica de deep learning chamada Rede Neural Convolucional (CNN, do inglês Convolutional Neural Network ) para classificação automática de imagens de ressonância magnética estrutural do cérebro e diagnóstico da esquizofrenia, além de realizar a extração das características aprendidas no treinamento para utilização em outros classificadores clássicos para comparação. O método proposto consiste no desenvolvimento de uma estrutura convolucional baseada em CNN, produzindo métricas de desempenho como precisão, acurácia e sensibilidade relativos ao diagnóstico. Foi utilizado um banco de dados de MRI do encéfalo humano ponderadas em T2 de 87 indivíduos diagnosticados previamente com esquizofrenia e 85 indivíduos saudáveis de controle. O estudo ainda apresenta uma comparação de desempenho relativos ao tamanho da rede convolucional e o tamanho dos filtros utilizados, de modo a apresentar a rede que melhor se adéque ao problema. É realizada ainda uma validação cruzada dos dados, utilizando um método de holdout com reamostragem aleatória com 530 iterações para cada predição e um método de k-fold com k=20, afim de medir e comparar os algoritmos de aprendizado para produzir um resultado mais confiável e reprodutível, estimando o desempenho e normalizando a generalização do sistema. Em cada validação 70% das imagens foram utilizadas para treinamento e 30% para classificação e validação do sistema. Além disso, uma camada de dropout foi introduzida para prevenir a ocorrência de overfitting. Resultados utilizando k-fold apresentam uma acurácia média de 84% para uma rede convolucional de tamanho 3, com camadas de dropout antes e depois da camada de conexão. Portanto, o uso de técnicas de deep learning para auxílio ao diagnóstico de esquizofrenia mostra-se promissor, onde houve um avanço nos resultados previamente obtidos utilizando o mesmo banco de dados. Desta forma evidenciando que com o avanço de técnicas de classificação de imagens, mais próximo será a utilização destes modelos de forma segura para o auxílio ao diagnóstico de doenças. Ainda, a região que maior apresentou interferência e peso para classificação mostrou compatibilidade com a literatura existente. / Schizophrenia is a severe psychiatric disorder that affects about 1% of the world’s population and is diagnosed by a physician based on the Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders DSM-5. However, this type of diagnosis usually happens belatedly, lowering treatment success. Given the complexity of the classic diagnosis of schizophrenia presented by the manual and the discovery of anatomical changes in areas of the brain existing in patients with the disease, recent studies that used anatomical characteristics for classification have obtained promising results. Although studies are promising, only a few regions of the brain have been used for classification, but schizophrenia has anatomical changes in several areas, and there is no definitive pattern of choice for the problem. On the other hand, there have been advances in machine learning techniques such as deep learning. In these techniques, there is no need to choose characteristics for the classification of the study; in other words, it is a technique which structures learn the best characteristics that describes the problem automatically, unlike the classical techniques of classification such as SVM (Support VectorMachine) which there is a need to choose these features as input. In this context, the research proposes the development of a deep learning technique called the Convolutional Neural Network (CNN) for automatic classification of brain magnetic resonance imaging and diagnosis of schizophrenia, also extracting the learne characteristics in training for use in other classical classifiers for comparison. The proposed method consists in developing a trellis structure based on CNN, producing performance metrics such as precision, accuracy and sensitivity for the diagnosis. An MRI database of the human brain T2-weighted of 87 individuals previously diagnosed with schizophrenia and 85 healthy control subjects was used. The study also shows a performance comparison for the size of convolutional network and filter size used to display the network that best describes the problem. A cross-validation of the data is performed, using a holdout method with random subsampling of 530 iterations for each prediction and a k-fold using k=20, in order to measure and compare the learning algorithms to produce a more reliable and reproducible result, estimating the performance and normalizing the generalization of the system. In each validation, 70% of the images were used for training and 30% for system classification and validation. In addition, a dropout layer was introduced to prevent the occurrence of overfitting. Preliminary results have an average accuracy of 84% for a convolutional network of size 3, with dropout layers before and after the connection layer. Therefore, the use of deep learning techniques to aid in the diagnosis of schizophrenia is promising, where there was an improvement in the results previously obtained using the same database, indicating that with the advancement of image classification techniques, the closer will be the use of these models in a safe way for diagnosis of diseases. Also, the region that presented the greatest interference and weight for classification was compatible with the existing literature.

Made available in DSpace on 2016-01-26T12:51:31Z (GMT). No. of bitstreams: 1 joserobertolopesferrazfilho_tese.pdf: 1409103 bytes, checksum: de6715f2f3059b0c5617f571b89bfdbd (MD5) Previous issue date: 2011-10-21 / Neurofibromatosis type 1 (NF1) in children and adolescents is frequently associated with the appearance of focal lesion hyperintensities on T2-weighted images seen in the brain which are called Unidentified Bright Objects (UBOs). These lesions are not an accepted criterion in the diagnosis of NF1 and the exact nature of UBOs remains unclear. Objectives: article 1: This study employed diffusion tensor imaging (DTI) to evaluate the relation among fractional anisotropy (FA) patterns with the findings of T2 sequences in individuals with NF1; article 2: To evaluate the evolution of UBOs in individuals with NF1 by serial MRI, and to relate this to regional fractional anisotropy (FA); article 3: To evaluate the metabolic patterns by magnetic resonance spectroscopy (MRS) of the brain, in the presence of UBOS in patients with NF1. Methods: article 1: Forty-four individuals with NF1 and 20 control subjects were evaluated. The comparative analysis of FA between NF1 and control groups was based on four pre-determined anatomic regions of the brain and related to the presence or absence of UBOs; article 2: The signal pattern of the T2-weighted sequences in the basal ganglia, thalamus, brain stem, and cerebellum for 27 NF1 individuals and a control group were analyzed by DTI. The presence or absence of UBOs in 2 consecutive MRI examinations were related to FA. article 3: Forty-two individuals with NF1 and 25 control subjects were evaluated by examination of ERM univoxel placed in the region of the globus pallidus. Automated quantitative analysis was made of the relationship of the metabolites choline/creatine (Co / Cr), N-acetyl aspartate/creatine (NAA / Cr) and myoinositol/creatine (MI / Cr) and related to the occurrence of UBOS in region of the globus pallidus. Results: article 1: The FA values between the groups demonstrated statistically significant differences (p &#8804; 0.05) for the cerebellum and thalamus in NF1 patients, independent of the occurrence of UBOs; article 2: We demonstrated statistically significant differences in FA for the basal ganglia, cerebellum, and thalamus between NF1 patients and controls (P &#8804; 0.05), even with a reduction or disappearance of UBOs; article 3: We demonstrated statistically significant differences between of patients with NF1 and control groups as the average values Mi/Cr and Co/Cr (P<0.05) in the region of the globus pallidus. Conclusions: article 1: MR imaging using DTI technique suggests that UBOs are due to microstructural defect of the brain tissue in NF1 patients. article 2: MRI allows for adequate monitoring of the temporal and spatial distribution of UBOs in patients with NF1. DTI confirmed changes in FA despite the disappearance or reduction of UBOs. article 3: MR spectroscopy allows the characterization of the tissue abnormalities not demonstrable in the conventional MR sequences of patients with NF1 by analysis of metabolites Co and Mi. / A neurofibromatose tipo 1 (NF1) em crianças e adolescentes está frequentemente associada com o aparecimento ou desaparecimento de lesões focais de hipersinal no encéfalo na ponderação T2 (FHE-T2). Estas lesões não são aceitas como critério diagnóstico para NF1 e sua natureza exata ainda não está clara. Objetivos: artigo 1: Avaliar a relação entre a presença dos FHE-T2 e padrões de anisotropia fracionada (FA) em uma série de pacientes com NF1; artigo 2: Demonstrar o padrão de evolução dos FHE-T2 por exame de Ressonância Magnética (RM) em indivíduos com NF1 e relacionar com o valor regional de FA; artigo 3: Avaliar os padrões metabólicos por meio da espectroscopia por ressonância magnética (ERM) do encéfalo na presença dos FHE-T2 em pacientes com NF1. Métodos: artigo 1: Analisou-se uma série de 44 indivíduos com NF1, e 20 controles. A análise quantitativa do FA foi definida em quatro regiões anatômicas pré-determinadas e relacionada à presença de FHE-T2; artigo 2: Analisou-se com imagem de tensor de difusão (DTI) a evolução dos FHE-T2 nas regiões de núcleos da base, tálamos, cerebelo e tronco encefalico de um grupo de 27 pacientes com NF1 e 20 controles. A presença de FHE-T2 em dois exames de RM encefálica consecutivos foram relacionados com o valor de FA; artigo 3: Analisou-se 42 indivíduos com NF1, e 25 controles saudáveis por exame de ERM univoxel na região do globo pálido. Foi feita análise automatizada quantitativa da relação dos metabólitos colina/creatina (Co/Cr), N-acetil aspartato/creatina (Naa/Cr) e Mioinositol/creatina (Mi/Cr) e relacionada à ocorrência de FHE-T2 na região do globo pálido. Resultados: artigo 1: Os FHE-T2 foram diagnosticados em 50% dos pacientes com NF1. Observou-se redução do valor de FA nas regiões do cerebelo e tálamo de aparência normal ou com FHE-T2 de pacientes com NF1 em relação ao controle (P &#8804;.05); artigo 2: Houve redução significativa no valor de FA nas regiões de núcleos da base, cerebelo e tálamos em pacientes com NF1 em relação ao grupo controle (P &#8804;.05) mesmo com redução ou desaparecimento dos FHE-T2; artigo 3: Houve diferença estatisticamente significante entre os grupos de pacientes com NF1 e o controle quanto aos valores médios ( ) de Mi/Cr e Co/Cr (P<0,05) na região do globo pálido. Conclusões: artigo 1: A técnica de DTI confirma que os FHE-T2 estejam relacionados às alterações da microestrutura do tecido cerebral em pacientes NF1. artigo 2: A RM possibilita o adequado monitoramento da distribuição no tempo e espaço dos FHE-T2 em pacientes com NF1. DTI evidencia alterações no valor de FA mesmo com o desaparecimento ou redução dos FHE-T2; artigo 3: A ERM permite a caracterização de anormalidades teciduais não demonstráveis nas sequências convencionais de RM de pacientes com NF1 por meio da análise dos metabólitos Co e Mi.

Para acompanhar os avanços em radioterapia, os sistemas dosimétricos necessitam de aperfeiçoamento para garantir a acurácia do tratamento; e, paralelamente, a exposição radioativa vai além do uso clínico, sendo de interesse também a detecção em cenários radiológicos imprevistos. A espectroscopia de ressonância magnética eletrônica (RME) é capaz de detectar centros paramagnéticos criados em materiais expostos à radiação, relacionando resposta espectral com dose absorvida, executando assim a dosimetria de maneira não destrutiva, ao preservar a informação após a leitura. Após a padronização da alanina como detector de altas doses e a também aplicabilidade em estudos clínicos, dificuldades apresentadas propiciaram a investigação de outros materiais para dosimetria com RME; em contrapartida, classificar compostos presentes no cotidiano e com possibilidade de tecido equivalência é outro argumento para a expansão da análise de materiais alternativos. O desenvolvimento desta tese é entre dois tópicos distintos, porém interligados; primeiramente são apresentados minidosímetros para uso em campos pequenos, com abordagem clínica, e então a investigação de materiais alternativos, ambos para uso em dosimetria com RME. Em relação aos minidosímetros, o formato de pastilha é estudado, e são apresentados um novo conceito de detector, denominado EPResize®, e auditoria de ponta-a-ponta de um tratamento de radiocirurgia estereotáxica; sobre a investigação de materiais, foram estudados mais de 20 compostos, estes baseados em amônio, lítio, potássio e sódio. Os resultados mostraram que as dificuldades na determinação de dose com campos pequenos para um intervalo de dose clínico é uma questão que ainda necessita de muita atenção e adequação dos sistemas dosimétricos, de modo a extrair a maior sensibilidade possível, necessitando empregar parâmetros e métodos de análise além do rotineiramente utilizados; variados materiais se apresentaram adequados para a dosimetria com RME, tais como sulfato de amônio, formiato de sódio, ditionito de sódio, citrato de sódio e diferentes sulfitos, mesmo quando não satisfazendo aspectos clínicos, são alternativas para controle e determinação de doses em cenários não usuais. A capacidade de realizar a dosimetria com RME para campos pequenos e a padronização deste sistema possibilitam a verificação de tratamentos mais confiáveis em radioterapia não convencional; e a disponibilização de maior variedade de materiais para dosimetria com RME facilita a necessidade de mapeamento de dose em casos não previstos. / To keep up with advances in radiotherapy, dosimetric systems need improvement to meet the standards established for treatment accuracy; simultaneously, radioactive exposure goes beyond clinical use, and the detection in unforeseen scenarios is of interest too. Electron magnetic resonance spectroscopy (EMR) can detect paramagnetic centers created in materials exposed to radiation, relating spectral response with absorbed dose, thus performing non-destructively dosimetry, by keeping the information after the readout. After standardization of alanine as a high dose detector and the applicability in clinical studies, difficulties allowed the investigation of other EMR dosimetry materials; on the other hand, classifying compounds that are present daily and with the possibility of tissue equivalence is another stimulus for the expansion of alternative materials analysis. The development of this thesis is between two distinct but interconnected topics; first minidosimeters are presented for small field dosimetry, with a clinical approach, and the investigation of alternative materials, both topics applied in EMR dosimetry. Concerning the minidosimeters, some pellets aspects are studied, a new concept of detector, called EPResize®; and a stereotactic radiosurgery end-to-end audit are presented; about alternative materials research, more than 20 compounds were studied, based on ammonium, lithium, potassium and sodium. The results showed that the difficulties in determining the dose with small fields in a clinical dose range is an issue that still needs much attention and adequacy of the dosimetric systems, in order to extract the greatest possible sensitivity, with the need to employ parameters and methods of analysis besides the daily used; several materials were adequate for EMR dosimetry, such as ammonium sulfate, sodium formate, sodium dithionate, sodium citrate and different sulfites, which, even when not satisfying clinical aspects, are alternatives for control and determination of doses in other scenarios. The ability to perform clinical dosimetry with RME and the standardization of this system allow the improvement of treatments accuracy, and the availability of a greater variety of EMR dosimetry materials facilitates the need for dose mapping unforeseen cases.

Os métodos minimamente invasivos têm sido cada vez mais utilizados para o tratamento do leiomioma e, a embolização da artéria uterina, tem se destacado como método seguro e efetivo. O objetivo deste estudo foi avaliar, pela ressonância magnética da pelve, os fatores preditores da diminuição dos leiomiomas de pacientes submetidos a embolização da artéria uterina. Métodos: Estudaram-se 50 mulheres sintomáticas com leiomioma uterino, na menacme, que foram submetidas a embolização da artéria uterina. Acompanhou-se, por meio da ressonância magnética o volume do útero e dos leiomiomas. Foram examinados 179 leiomiomas nestas pacientes, um mês antes e seis meses depois do procedimento. Resultados: Seis meses após o tratamento, a redução média do volume uterino foi de 38,91%, enquanto os leiomiomas tiveram redução de 55,23%. Nos leiomiomas submucosos e/ou com a relação nódulo/músculo em T2 mais elevada, a redução do volume foi ainda maior (maior que 50,00%). Conclusões: As pacientes portadoras de leiomiomas e submetidas à embolização da artéria uterina apresentaram redução de volume dos nódulos superior a 50,00%, à ressonância magnética, quando eram submucosos e/ou tinham uma relação nódulo/músculo em T2 mais elevada / Objective : Minimally invasive methods are being an alternative to treat leiomyomas, including the uterine artery embolization that has emerged as a safe and effective method. The aim of this study was to evaluate the magnetic resonance imaging predictors of decrease in leiomyomas of patients who underwent uterine artery embolization. Methods: This study followed 50 symptomatic premenopausal women with uterine leiomyoma who underwent uterine artery embolization. Treatment was accompanied by magnetic resonance imaging of both the volume of the uterus and the leiomyomas. We examined 179 leiomyomas in that 50 patients, one month before and six months after of the procedure. Results: Six months after treatment, the mean reduction in uterine was 38.91%, while leiomyomas decreased by 55.23%. In submucosal leiomyomas and/or with a higher node/muscle ratio in T2, the volume reduction was even higher (greater than 50.00%). Conclusions: The patients with leiomyomas and underwent uterine artery embolization, showed reductions in the volume of nodes greater than 50,00%, on the magnetic resonance imaging, when they were submucosal and / or had a higher node-to-muscle ratio in T2

JUSTIFICATIVA E OBJETIVO: Muitos estudos reportaram o benefício dos métodos avançados de ressonância magnética (RM) para a avaliação da resposta ao tratamento do tumor cerebral, a fim de distinguir entre recidiva tumoral e radionecrose. No entanto, o tamanho da amostra em cada estudo é relativamente pequeno, o que torna difícil avaliar a validade externa. Nós realizamos uma revisão sistemática e metanálise de dados publicados afim de avaliar a acurácia dos métodos avançados de RM para diferenciação entre a recidiva e a radionecrose. Nosso objetivo foi determinar o valor diagnóstico da difusão (DWI), da perfusão Dynamic Susceptibility Contrast (PWI DSC), perfusão Dynamic Contrast Enhancement (PWI DCE) e espectroscopia (MRS). MATERIAL E MÉTODOS: A revisão sistemática incluiu todos os estudos que usaram métodos avançados de RM para detectar recidiva ou radionecrose em pacientes em segmento por tratamento radioterápico para tumor cerebral. A pequisa foi realizada nas bases de dados MEDLINE e Embase, das publicações até 31 de Julho de 2015. As sensibilidades e especificidades de cada estudo foram calculadas e a acurácia diagnóstica foi metanalisada, com um intervalo de confiança (IC) de 95%, em um modelo de efeito randômico. Foram realizados testes de heterogeneidade, sobre o efeito dos pontos de corte e modelos de metarregressão. Análises de subgrupos foram feitas com base em conjuntos de estudos com características homogêneas. RESULTADOS: 49 artigos foram incluídos na análise quantitativa, englobando um total de 1.508 pacientes. Cinco estudos avaliaram DWI, 32 avaliaram PWI e 21 avaliaram MRS. A sensibilidade (SEN) e especificidade (ESP) geral da DWI foi 81,0% (IC 95%: 71,0 a 89,0%) e 68,0% (IC 95%: 52,0 a 82,0%), respectivamente. A SEN e ESP da PWI DSC foi de 83,0% (IC 95%: 80,0 a 86,0%) e 81,0% (IC 95%: 76,0 a 85,0%) e da PWI DCE foi 76,0% (IC 95%: 66,0 a 85,0%) e 85,0% (IC 95%: 74,0 a 93,0%), respectivamente. A SEN e ESP da MRS foi de 76,0% (IC 95%: 71,0 a 80,0%) e 83,0% (IC 95%: 77,0 a 88,0%), respectivamente. O odds ratio diagnóstico (DOR) da DWI, PWI DSC, PWI DCE e MRS foi 14,83; 25,81; 14,45 e 27,39; respectivamente. O maior valor do DOR nos estudos com PWI DSC foi quando o ponto de corte do Volume Sanguíneo Cerebral relativo (rCBV) foi maior ou igual a 1,8 e o maior valor do DOR nos estudos com MRS foi quando o ponto de corte da relação Cho/Cr foi maior ou igual a 1,3. O valor do DOR nos estudos com MRS foi muito maior nos trabalhos realizados com equipamento de 3T (DOR = 40,07; IC 95%: 15,44 a 104,03) quando comparado aos trabalhos realizados em equipamento com 1,5T (18,69; IC95%: 8,32 a 42,02). CONCLUSÃO: Esta metanálise demonstrou que os métodos avançados de RM tem uma moderada e alta acurácia na diferenciação da recidiva tumoral da radionecrose usando os métodos de DWI, PWI DSC, PWI DCE e MRS. Algumas análises de subgrupos e testes de efeito do ponto de corte mostraram que alguns cenários têm uma tendência de melhor acurácia. / BACKGROUND AND PURPOSE: Several studies reported the benefit of magnetic resonance (MR) advanced methods for the treatment response of brain tumor assessment, for distinguishing tumor recurrence from radionecrosis in gliomas and other brain tumors. However, the sample size in each study is relatively small, which becomes difficult to draw conclusions about external validity. We performed a systematic review and meta-analysis of published data to evaluate the accuracy of the advanced MR methods for differentiating recurrence from radionecrosis. Our objective was to determine the diagnostic value of Diffusion (DWI), Dynamic Susceptibility Contrast Perfusion (PWI DSC), Dynamic Contrast Enhancement Perfusion (PWI DCE) and Spectroscopy (MRS), and compare the results between the methods MATERIALS AND METHODS: The systematic review included all studies that used MR advanced methods to detect recurrence or radionecrosis in patients followed by brain tumor radiotherapy. The databases selected were MEDLINE and Embase, for published data prior to July 31, 2015. The sensitivities and specificities of individual studies were calculated and the pooled diagnostic accuracies, with 95% confidence intervals (CI), were assessed under a random-effects model. It was also performed heterogeneity test, threshold effect test and meta-regression models for each MR method. A subgroup analysis was performed based on homogeneous subsets of the studies. RESULTS: 49 articles were included in the quantitative analysis, compromising 1,508 patients (919 with recurrence and 589 with radionecrosis). Five studies assessed DWI, 32 assessed PWI, and 21 assessed MRS. Overall sensitivity (SEN) and specificity (SPE) of DWI were 81.0% (95% CI: 71.0 to 89.0%) and 68.0% (95% CI: 52.0 to 82.0%), respectively. The SEN and SPE of PWI DSC were 83.0% (95% CI: 80.0 to 86.0%) and 81.0% (95% CI: 76.0 to 85.0%) and PWI DCE were 76.0% (95% CI: 66.0 to 85.0%) and 85.0% (95% CI: 74.0 to 93.0%), respectively. The SEN and SPE of MRS were 76.0% (95% CI: 71.0 to 80.0%) and 83.0% (95% CI: 77.0 to 88.0%), respectively. The overall diagnostic odds ratio (DOR) of DWI, PWI DSC, PWI DCE, and MRS were 14.83, 25.81, 14.45, and 27.39, respectively. The point with the highest DOR in the PWI DSC studies was when the relative Cerebral Blood Volume (rCBV) threshold was equal or higher than 1.8, and the point with the highest DOR in the MRS studies was when the Cho/Cr threshold was equal or higher than 1.3. The MRS DOR value is much higher in the 3T subgroup (40.07, 95% IC: 15.44 to 104.03), compared to the 1.5T subgroup (18.69, 95% CI: 8.32 to 42.02). CONCLUSIONS: This meta-analysis showed that MR advanced methods have moderate to high accuracy in differentiating tumor recurrence from radiation necrosis using DWI, PWI DSC, PWI DCE and MRS. Some subgroup analysis and threshold effect tests demonstrated subsets that have a better accuracy trend.

Orientador: Vânia Marai Vasconcelos Machado / Banca: Maria Cristina Ferrarini Nunes Soares Hage / Banca: Seizo Yamachita / Resumo: A imagem originada por ressonância magnética (MRI) revolucionou a medicina veterinária na área de diagnóstico por imagem. Tecnologia considerada atualmente como a metodologia mais sensível para análise de tecidos moles, como o encéfalo, ultrapassando os demais métodos diagnósticos. Essa tecnologia fundamenta-se no fenômeno da ressonância magnética nuclear que ocorre quando os núcleos atômicos com propriedades magnéticas presentes no corpo dos humanos e dos animais são submetidos a um campo magnético intenso. Suas vantagens na produção de imagens do encéfalo são método não invasivo, caracteriza-se por alta resolução, intenso contraste, plano bidimensional, em tons de cinza, produz menos artefatos e não utiliza formatos ionizantes de energia eletromagnética. Não apresenta riscos comprovados para o paciente e profissionais submetidos ao exame. Apesar da MRI ser a técnica de eleição para examinar o encéfalo, essas informações são escassas quando relacionadas com características anatômicas encefálicas em ruminantes domésticos. A finalidade deste estudo é descrever neuroanatomia encefálica bovina (Bos taurus domesticus) normal objetivando correlações com achados normais de ressonância magnética. Este trabalho reveste-se de importância pois, a definição neuroanatômica normal propiciará diagnósticos acurados de diferentes enfermidades traumáticas, vasculares, infecciosas, degenerativas ou neoplásicas, dentre outras Os cérebros foram cuidadosamente extraídos e fixados em formol para cortes anatômicos convencionais. Cortes transversais e sagitais de MRI foram obtidos de duas cabeças frescas de bovinos adultos pelo aparelho ESAOTE 0.25 T Vet-MR GRANDE através da bobina C-shaped coil nas sequências efetuadas no plano transversal T1 e T2 no plano sagital, T1 e T2 e no plano dorsal. Após a aquisição, imagens foram transferidas em formato DICON para o aplicativo... / Abstract: Magnetic resonance imaging (MRI) has revolutionized veterinary medicine in the field of diagnostic imaging. Technology currently considered as the most sensitive method for the analysis of soft tissues such as the brain, bypassing the other diagnostic methods. This technology is based on nuclear magnetic resonance phenomenon that occurs when atomic nuclei with magnetic properties present in the body of humans and animals are subjected to an intense magnetic field. Its advantages in the production of brain images are noninvasive, is characterized by high resolution, high contrast, two-dimensional plane, grayscale, produces less artifacts and does not use ionizing formats of electromagnetic energy. Presents no risk to the patient and proven professionals submitted to the examination. Although MRI is the preferred technique to examine the brain, this information is scarce when related brain anatomical features in domestic ruminants. The purpose of this study is to describe normal bovine brain neuroanatomy (Bos taurus domesticus) order correlations with normal magnetic resonance imaging findings. This research is of importance because, normal neuroanatomical definition will provide accurate diagnosis of different diseases traumatic, vascular, infectious, degenerative or neoplastic, among other. Brains were carefully extracted and fixed for conventional anatomical cuts. Transverse and sagittal MRI were obtained from two fresh heads of adult cattle at 0.25T ESAOTE Vet-MR GRANDE device through the coil C-shaped coil in the sequences performed in the transverse plane T1 and T2 sagittal, T1 and T2 and the plan dorsal. After the acquisition, images were transferred in DICON format for Synapse® PACS application and analyzed by an observer at ClearCanvas Workstation program. The most clinical interest neuroanatomical structures were set according to the methodology of Yokoshi & Rohen and named after neuroanatomy texts / Mestre

Orientador: Luis Gustavo Gosuen Gonçalves Dias / Resumo: Identificar alterações nos músculos paravertebrais cervicais e do ligamento nucal que possam estar relacionadas à espondilomielopatia cervical (EMC) em cães das raças Doberman Pinscher (DP) e Dogue Alemão (DA). Determinar as áreas de secção transversa (AST) de músculos paravertebrais cervicais e identificar possível assimetria entre os antímeros. Classificar o grau de alteração morfológica destas musculaturas e correlacionar os achados com o quadro neurológico dos pacientes. Material e métodos – Estudo retrospectivo em que foram analisadas imagens transversais de ressonância magnética de 60 cães das raças Doberman Pinscher (DP) e Dogue Alemão (DA), sendo 29 clinicamente normais (CN) e 31 acometidos pela EMC. Foram mensuradas as AST dos músculos, a espessura do ligamento nucal e determinado o índice de assimetria dos músculos entre os antímeros. O grau de alteração morfológica, por meio da presença de hipersinal nos músculos extensores paravertebrais foi determinado e correlacionado aos sinais clínicos neurológicos. Resultados – Cães DP-EMC apresentaram menor AST dos mm. longo do pescoço ao nível de C5 (p < 0,034) e dos mm. cleidomastoideo ao nível de C3 (p < 0,017), C4 (p < 0,012) e C5 (p < 0,014), quando comparados aos DP-CN. Para os cães DA foram encontradas diferenças significativas entre as AST dos mm. cleidomastóideo ao nível de C5 (p < 0,022) e entre as espessuras do ligamento nucal, sendo que os cães DA-EMC apresentam menores AST e espessuras do ligamento. Para as duas... (Resumo completo, clicar acesso eletrônico abaixo) / Abstract: The aim of this study was to identify changes in the cervical paravertebral muscles and nuchal ligament related to cervical spondylomyelopathy (CSM) disease in the Doberman Pinscher (DP) and Grate Dane (GD) breed dogs. Measure the cross-sectional area (CSA) of the selected paraspinal muscles and to assess their asymmetry. Also, to grade the morphological changes of the extensor muscles and correlate to the patient’s neurological status. Materials and methods – Retrospective resonance image study of 60 dogs: 29 clinically normal and 31 CSM-affected. The CSA of the muscles and the thickness of the nuchal ligament were measured, and the asymmetry index between the right and left sides of the selected extensor muscles was determined. The grades of morphological changes in the extensor muscles were obtained and associated to the patients’ neurological status. Results – Mean CSA of longus colli muscles at C5 (p < 0,034) and of cleidomastoideus muscles at the level of C3 (p < 0,017), C4 (p < 0,012) and C5 (p < 0,014) were significantly smaller in CSM-affected DP compared with those in the clinically normal DP. Significant differences were present between clinically normal and CSM-affected GD for the mean CSA of cleidomastoideus muscles at the C5 level (p < 0,022) and for the thickness of the nuchal ligament, with those measurements smaller in the CSM-affected dogs. All CSM-affected dogs were found to have high grades of morphological changes in the extensor muscles compared to the c... (Complete abstract click electronic access below) / Doutor

Introdução: As alterações meniscais causadas por lesões degenerativas ou traumáticas podem levar a importantes alterações na estrutura dos mesmos. Pouco se sabe sobre o efeito direto da carga corpórea nos compartimentos femorotibiais sobre os diferentes graus de extrusão meniscal. Objetivos: Avaliar a extrusão meniscal no compartimento femorotibial medial, nas posições em decúbito e ortostática, por meio da ultrassonografia (US). Avaliar o desempenho da US na avaliação meniscal na posição em decúbito, usando a ressonância magnética (RM) como padrão de referência. Material e Métodos: 104 indivíduos com dor crônica no joelho realizaram exames de ultrassonografia e ressonância magnética. Dois radiologistas avaliaram a extrusão meniscal por US e RM e a graduaram:0 (< 2 mm), 1 (>= 2 mm and < 4 mm), and 2 (>= 4 mm).Um avaliador realizou a mensuração da extrusão meniscal dos indivíduos nas posições em decúbito dorsal e ortostática, e para avaliar os efeitos dessas medidas foi utilizada a correlação intraclasse (CIC) e teste pareado de Wilcoxon. Para comparar os resultados obtidos pela mensuração entre grupos com presença e ausência de lesão foi utilizado o teste T não pareado, com p <0,05 considerado como significativo. Resultados: Houve concordância substancial entre os examinadores quando comparadas a avaliação entre US e RM (CIC: 0,73 e 0,70). O US mostrou excelente sensibilidade (95% e 96%, cada examinador) e boa especificidade (82% e 70%, cada examinador). Houve diferença significativa dos valores médios de extrusão meniscal entre as posições em decúbito e ortostase (p = 0,0002). Todos os meniscos com extrusão >= 3 mm pela US apresentavam lesão meniscal confirmada pela RM (p< 0,0001). Conclusão: A avaliação de extrusão meniscal via US mostra excelente desempenho diagnóstico. Há variação na extrusão do menisco medial entre as posições decúbito e ortostase, com maior extrusão na posição ereta. / Background: Meniscal abnormalities related to degenerative or traumatic lesions may lead to significant changes in meniscal structure. There is lack knowledge about the direct effect of weight bearing in femorotibial compartments on the diverse meniscal extrusion levels. Objectives: To evaluate meniscal extrusion on medial femorotibialcompartmentby ultrasonography (US), both in dorsal decubitus and orthostatic positions. To evaluate US performance inassessment of meniscus in dorsal decubitus, using magnetic resonance (MR) as a standard method. Material andMethods: A total of 104 subjects with chronic pain on the knee underwent US and MR. Meniscal extrusion was assessed by two radiologists using US and RM, being graded as: 0 (< 2 mm), 1 (>= 2 mm and < 4 mm), and 2 (>= 4 mm). One radiologist performed measurements of meniscal extrusion of the participants in dorsal decubitus and orthostatic positions. Intra-class coefficient (ICC) and Wilcoxon paired t-test were used to analyze the effects of such measurements. To compare data from groups with and without lesions we used non-paired t-test was used, with values of p < 0,05considered to be significant. Results: There was substantial agreement between readers when US and MR evaluations were compared (ICC: 0,73 e 0,70). US showed excellent sensitivity (95% e 96%, each reader) and good specificity (82% e 70%, each reader). There was significant difference onmedium values of meniscal extrusion regarding dorsal decubitus and orthostatic positions (p = 0,0002). All subjects that presented meniscal extrusion >= 3 mm on US had meniscal lesion confirmed by RM (p < 0,0001). Conclusion: US has an excellent diagnostic performance in assessment of meniscal extrusion. Meniscal extrusion varies from dorsal decubitus and orthostatic positions, being higher while in upright position.

A hipertensão arterial é uma doença que aflinge mais de um quarto da população adulta mundial e mais da metade da população idosa. Ela é o principal fator de risco para doenças cerebrovasculares e o segundo fator de risco, após idade, para os acidentes vasculares cerebrais (AVC) hemorrágico e isquêmico. É também a principal causa de declínio cognitivo e demência, incluindo a doença de Alzheimer. A hipertensão causa remodelamento vascular e modifica os mecanismos de regulação do fluxo sangüíneo cerebral, incluindo a hiperemia funcional, a autoregulação cerebrovascular e a regulação endotelial. Portanto, pesquisas contínuas sobre os efeitos da hipertensão na função cerebrovascular são cruciais para o desenvolvimento de terapias preventivas que objetivam minimizar os riscos de desenvolvimento de doenças cerebrovasculares. No presente estudo, a perfusão cerebral de um importante modelo experimental de hipertensão, o rato SHR (do inglês spontaneously hypertensive rat), foi avaliada utilizando as técnicas de arterial spin labeling (ASL), que permitem a quantificação não-invasiva da perfusão. Utilizando o método de ASL contínua, o fluxo sangüíneo cerebral foi quantificado para todo o cérebro do rato sob condições de normocapnia e hipercapnia. Resistência cerebrovascular aumentada e reatividade vascular ao CO2 reduzida foram observadas em SHR adultos, confirmando que a hipertensão leva à redução progressiva da capacidade de dilatação da vasculatura cerebral. A técnica de ASL dinâmica permitiu medir o fluxo sangüíneo cerebral funcional evocado por estimulação somatosensorial. Além de apresentarem resposta hemodinâmica positiva à estimulação, os ratos hipertensos também apresentaram resposta hemodinâmica negativa em áreas circundantes àquelas ativadas positivamente. Foi mostrado que esse resultado está relacionado com um efeito puramente hemodinâmico causado pela pressão arterial elevada e pela reserva vascular alterada do SHR. Experimentos farmacológicos mostraram diferenças na modulação do acoplamento neurovascular de SHR quando comparado com rato normotenso. Além disso, SHR submetidos à oclusão temporária da artéria cerebral média apresentaram maior volume da lesão isquêmica e do edema cerebral, redução severa da massa corporal e déficits neurológicos piores do que ratos normotensos. Esses resultados estão relacionados à autoregulação cerebral alterada e ao desenvolvimento prejudicado da circulação colateral em SHR. Em suma, os achados do presente estudo mostraram que a hipertensão resulta em reserva vascular prejudicada, acoplamento neurovascular alterado e piores conseqüências a um AVC isquêmico. / Hypertension is a disease that afflicts more than a quarter of the general population and more than half of the elderly population. It is the most important modifiable risk factor for cerebrovascular diseases and the second most important risk factor, after age, for hemorrhagic and ischemic stroke. It is a leading cause of cognitive decline and dementia, including the Alzheimer\'s disease. Hypertension causes vascular remodeling and modifies the intricate mechanisms of cerebral blood flow (CBF) regulation, including functional hyperemia, cerebrovascular autoregulation, and endothelial regulation. For all of the above, continued research on the effects of hypertension on cerebrovascular function is a crucial step in the design of preventive therapies aimed at minimizing the risk of development of cerebrovascular disease. In the present work, cerebral perfusion of an important experimental model of hypertension, the spontaneously hypertensive rat (SHR), was evaluated using the arterial spin labeling (ASL) techniques, which allow non-invasive quantification of perfusion. Using continuous ASL, CBF was quantified for the whole rat brain under normocapnic and hypercapnic conditions. Increased cerebrovascular resistance and decreased vascular reactivity to CO2 were observed in adult SHR, confirming that hypertension leads to reduced compliance of the cerebral vasculature. The dynamic ASL technique allowed the measurement of functional CBF evoked by somatosensorial stimulation. Hypertensive rats not only showed positive hemodynamic response to stimulation, but also negative hemodynamic response in areas surrounding the positively activated areas. It was shown to be related to a purely hemodynamic effect caused by high blood pressure and impaired vascular reserve of the SHR. Pharmacological experiments showed differences on modulation of the neurovascular coupling in SHR when compared to normotensive rats. Moreover, hypertensive rats subjected to temporary middle cerebral artery occlusion had larger ischemic lesion volume and brain edema, severe decrease in body weight and worse neurological deficits, when compared to normotensive rats. These results are related to the altered cerebral autoregulation and impaired collateral circulation development in SHR. Taken together, the findings of the present work show that hypertension results in impaired vascular reserve, which is related to altered neurovascular coupling and worse stroke outcome.

Na última década diferentes modalidades e técnicas quantitativas de neuroimagens aplicadas ao estudo de doenças neuro-degenerativas vêm fornecendo um volume cada vez maior de dados, tornando sua utilização uma tarefa complexa. Paralelamente, técnicas computacionais de reconhecimento de padrões vêm sendo desenvolvidas para apoiar a tomada de decisão humana. O propósito geral do presente estudo é aplicar técnicas de reconhecimento de padrões em dados quantitativos de neuroimagens adquiridas por ressonância magnética (RM) em pacientes com Esclerose Múltipla (EM). Especificamente foram avaliados dados retrospectivos de um grupo de 203 sujeitos controle sem doenças neurológicas e um grupo de 144 pacientes portadores de Esclerose Múltipla. Os dados usados foram provenientes da combinação de ferramentas computacionais de processamento de imagens e neuroimagens adquiridas em um aparelho de RM de 3 Tesla usando diferentes técnicas quantitativas: Difusão, Relaxometria, Taxa de Transferência de Magnetização (MTR) e Volumetria. Os dados das diferentes técnicas quantitativas em 126 regiões cerebrais não excludentes foram processados no programa de mineração de dados WEKA. Os algoritmos: k-nearest-neighbor (KNN) com diferentes números de vizinhos e Support vector machine (SVM) foram utilizados para a classificação e agrupamento desses dados. As regiões com maior contribuição na separação de ambos os grupos foram encontradas na substância branca (SB) nas seguintes estruturas: corpo caloso, precúneo, cerebelo e fusiforme esquerdos. Outro atributo significante foi o de hipo-intensidades que pode ser associado à presença de lesões, também na substância branca. Dentre as técnicas, a mais relevante foi a MTR com 92,9% de valor médio de área sob a curva ROC (Receiver Operating Characteristic), considerando os diferentes algoritmos de classificação e métodos de seleção de atributos, porém uma análise global incluindo os dados de todas as técnicas elevou esta área para 96,2%. O algoritmo KNN com 5 vizinhos foi considerado o melhor classificador geral para o conjunto de dados e tarefas aqui explorados resultando em 91,7% de valor médio de área sob a curva ROC, seguido por KNN3 com 90,8%, KNN1 com 87,1% e SVM com 85,8%. Uma classificação restrita, com áreas reconhecidamente afetadas pela EM e com KNN5 trouxe resultados de classificação 2,1% de valor médio de área sob a curva ROC inferiores à classificação principal sem restrições. O uso de técnicas de reconhecimento de padrões a partir dos dados de técnicas quantitativas de neuroimagem aplicadas à amostra estudada, demonstrou que a substância branca do cérebro é a mais afetada pela EM seguindo um padrão global com maior envolvimento no hemisfério esquerdo. A estratégia sugerida neste problema de classificação seria o uso dos dados de todas as técnicas quantitativas aqui discutidas provenientes das regiões envolvidas na classificação restrita conjuntamente com o precuneus e o fusiform, aplicando o KNN5 com seleção de melhores atributos. / In the last decade different modalities and quantitative neuroimaging techniques applied to the study of neurodegenerative diseases have been providing an increasing volume of data, making use of such a complex task. At the same time, computational techniques of pattern recognition have been developed to favor the human performance. The purpose of this study is to apply techniques of pattern recognition in quantitative data of neuroimaging acquired by magnetic resonance (MR) in patients of multiple sclerosis (MS). There were evaluated retrospective data from a control group of 203 people without neurological diseases and a group of 144 patients with MS. The data used were from the combination of computational tools of image processing and neuroimaging acquired in an MR apparatus of 3 Tesla using different quantitative techniques: diffusion, relaxometry, magnetization transfer rate (MTR) and volumetry. The data of the different quantitative techniques in 126 regions of the brain not mutually excludent were processed in the software WEKA of data mining. The algorithms: k-nearest-neighbor (KNN) with different numbers of neighbors and support vector machine (SVM) were used for the classification and grouping of the data. The regions with the highest contribution to the separation of both groups were found in the white matter of the following structures: corpus callosum, precuneus, cerebellum and left spindle. Another significant attribute was the hypo-intensities that can be associated to the presence of lesions in the white matter also. The most relevant technique was the MTR with 92.9% of average area under ROC, considering the different algorithms of classification and methods of feature selection, however a global analysis including data from all techniques increased this area under ROC to 96.2%. The KNN algorithm for k = 5 is considered the best overall classifier for the dataset resulting in 91.7% average area under ROC, followed by KNN for k = 3 with 90.8%, KNN for k = 1 with 87.1%, and SVM with 85.8%. A restricted classification with known affected areas by MS and KNN for k = 5 brought results of classification of average area under ROC of 2.1% inferior to the main classification without restrictions. The use of techniques of pattern recognition from the data of quantitative techniques of neuroimaging showed that the white matter of the brain is the most affected by MS following a global pattern with higher involvement in the left hemisphere. The strategy suggested in this classification issue would be the use of data from all quantitative techniques discussed from the regions involved in restricted classification jointly with precuneus and fusiform, applying KNN for k = 5 with selection of best features.