Sickle cell anemia (SCA) is the result of a mutation in the beta globin chain gene, resulting in the production of an abnormal hemoglobin, Hb S. Losing oxygen, Hb S decreases its solubility, suffering aggregation and polymerization, which hardens and distorts the erythrocytes causing occlusion of small blood vessels. The venocclusive phenomena characteristic of AF may occur in any organ, including the heart and lung. These complications are among the leading causes of morbidity and mortality related to this disease. Objectives: To evaluate cardiopulmonary involvement of children, adolescents and young adults with sickle cell anemia and investigate the correlations between left ventricular hypertrophy (LVH) and restrictive lung pattern variables, as well as any associations. Method: Cross-sectional study in which were consecutively included patients with SCA, attending the Pediatric Hematology, University Hospital, Federal University of Sergipe. Demographic, clinical and laboratory data have been collected and ecocadiograma and spirometry were performed. Results: 153 patients have been studied, with a mean age of 14.9 years. LVH was identified in 40% of patients, without systolic or diastolic dysfunction. Patients with LVH had lower hemoglobin levels, higher albumin/creatinine ratio and AST (p=0.03, 0.02 and 0.03 respectively). Impairment in pulmonary function has been found in 60.9 % of patients, of which 46.9% had pulmonary restrictive pattern. These had higher mean of age (p=0.04) and showed higher mean corpuscular volume, AST and creatinine clearance (p=0.03, 0.03 and 0.02, respectively). There was not statistic between LVH and restrictive lung pattern (p=0.49). suggesting that they are events with different natural histories. The findings of the study indicate the need for investigation of cardiopulmonary alterations in patients with sickle cell anemia. Spirometry and echocardiography should be performed independently. / A anemia falciforme (AF) é o resultado de uma mutação no gene da cadeia globínica beta resultando na produção de uma hemoglobina anormal, a hemoglobina S (HbS). Ao perder oxigênio, a Hb S diminui sua solubilidade, sofrendo agregação e polimerização, que enrijece e distorce o eritrócito causando oclusão de pequenos vasos sanguíneos. Os fenômenos vaso-oclusivos característicos da AF podem ocorrer em qualquer órgão, incluindo o coração e os pulmões. As complicações cardiopulmonares estão entre as principais causas de morbidade e mortalidade desta doença. Objetivos: Avaliar o comprometimento cardiopulmonar de crianças, adolescentes e adultos jovens portadores de anemia falciforme e determinar variáveis relacionadas a hipertrofia do ventrículo esquerdo (HVE) e ao padrão restritivo pulmonar, bem como eventuais associações. Método: Estudo transversal no qual foram incluídos de forma consecutiva pacientes portadores de AF, atendidos no Serviço de Hematologia Pediátrica do Hospital Universitário da Universidade Federal de Sergipe. Foram coletados dados demográficos, clínicos e laboratoriais, e realizados ecocadiograma e espirometria. Resultados: Foram estudados 153 pacientes com média de idade de 14,9 anos. HVE foi encontrada em 40% dos pacientes, sem disfunção sistólica ou diastólica. Pacientes com HVE apresentaram valores menores de hemoglobina, maior relação albumina/creatinina e aminotransferase aaminotransferase a aminotransferase a aminotransferase a aminotransferase a aminotransferase aaminotransferase aaminotransferase aaminotransferase asparatosparato sparato sparato (AST) (AST)(AST) (p= 0,03; 0,02 e 0,03 respectivamente). Alterações na função pulmonar foram encontradas em 60,9% dos pacientes, dos quais 46,9% apresentaram padrão restritivo pulmonar. Estes possuíam média de idade mais elevada (p=0,04) e apresentaram valores maiores de volume corpuscular médio, AST e clearance de creatinina (p=0,03; 0,03 e 0,02 respectivamente). A comparação entre os pacientes não evidenciou associação entre HVE e padrão restritivo pulmonar (p=0,49), sugerindo serem eventos com diferentes histórias naturais. Os achados do estudo indicam a necessidade de investigação de alterações cardiopulmonares nos pacientes com anemia falciforme. Espirometria e ecocardiograma devem ser realizados de forma independente.

Numerical modelling and simulation are powerful tools for analysis and design, and with the improvement of computational power and numerical methods they are being applied on complex phenomena and systems. This work shows examples of the application of a very sophisticated numerical method, namely the Spectral/hp element method, in the study of the flow inside bioinspired complex geometries. The two topics investigated are fluid dynamic instabilities in a constricted channel and flow inside a paediatric ventricular assist device were studied by means of computational fluid mechanics. The constricted channel is an idealized model of a nasal cavity, which is characterized by complex airway channels, and also bears some resemblance to a human artery in the presence of an atherosclerotic plaques. The paediatric ventricular assist device is an actual device, designed by the Bioengineering research group of the Heart Institute of the Medicine School of the University of São Paulo, which works as a pump that assists the left ventricle of patients waiting for transplantation. Therefore, the aim of this thesis is to contribute in the understanding of biological and bio-inspired geometries flows, using computational tools. Linear and nonlinear stability were carried out for the constricted channel. Three different flow regimes were investigated: symmetric steady flow, which is stable for low Reynolds number, asymmetric steady flow, which rises as a result of the primary bifurcation of the symmetric flow and pulsatile flow. Direct stability analysis was carried out to determine the unstable regions and the critical values for each flow regime. The physical mechanisms behind the transition processes were studied by means of direct numerical simulations to characterize the bifurcations. Since the bifurcations had subcritical behaviour, the relevance of non-normal growth in these flows was assessed. Dependence on phase, Reynolds number and spanwise wavenumber of optimal modes were extensively investigated in stable regions of the three flow regimes. Convective instabilities were also studied in order to comprehend the physical mechanisms which led the optimal modes to their maxima growth, and different convective mechanisms were found. The flow inside the paediatric ventricular assist device was analyzed by means of threedimensional numerical simulations. A computational model based on special boundaries conditions was developed to model the pulsatile flow. In this model, the opening and closure of the mitral valve and diaphragm were represented with the use of specially devised boundary conditions. The driving force and the flow direction of the diaphragm were defined by velocity distribution on the diaphragm wall, and the opening and closure of the mitral valve were performed by a velocity waveform which goes to zero in the systolic period. Flow patterns, velocity fields and time-average wall shear rate were analyzed to evaluate the performance of the device. / Modelagem e simulação numéricas são ferramentas poderosas para análise e design, e com a melhoria do poder computacional e dos métodos numéricos, eles estão sendo aplicados em fenômenos e sistemas complexos. Este trabalho mostra exemplos de aplicações de um método numérico sofisticado, o método dos elementos espectrais/hp, no estudo do escoamento dentro de geometrias complexas bio-inspiradas. Os dois tópicos investigados são: instabilidades em dinâmica de fluido em um canal constrito e o escoamento dentro de um dispositivo de assistência ventricular pediátrica. O canal constrito é um modelo idealizado de uma cavidade nasal, que é caracterizada por canais complexos da via aérea, e também tem semelhança com uma artéria humana na presença de placas ateroscleróticas. O dispositivo de assistência ventricular pediátrica é um dispositivo real, projetado pelo grupo de pesquisa de Bioengenharia do Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo, que funciona como uma bomba que auxilia o ventrículo esquerdo dos pacientes à espera de transplante. Portanto, o objetivo desta tese é contribuir na compreensão de escoamentos em geometrias biológicas e bio-inspiradas, usando ferramentas computacionais. Análises de estabilidade linear e não linear foram feitas para um canal constrito. Três diferentes regimes de escoamento foram empregados: escoamento estacionário simétrico, que é estável para baixo número de Reynolds, escoamento assimétrico, o qual é resultado da primeira bifurcação do escoamento simétrico e escoamento pulsátil. Análise de estabilidade direta foi executada para determinar as regiões instáveis em cada regime de escoamento. Os mecanismos físicos por trás do processo de transição foram estudados por meio de simulação numérica direta para caracterizar as bifurcações. Uma vez que, as bifurcações tiveram um comportamento subcrítico, a relevância do crescimento não normal nestes escoamentos foi avaliado. Assim, dependência com a fase, número de Reynolds e número de onda do modo tridimensional foram extensivamente investigados em regiões estáveis para os três regimes de escoamento. Instabilidades convectivas foram também estudadas a fim de compreender os mecanismos físicos que conduzem os modos ótimos para seus crescimentos máximos, e diferentes mecanismos convectivos foram encontrados. O escoamento dentro do dispositivo de assistência ventricular pediátrico foi analisado por meios de simulações numéricas tridimensionais. Um modelo computacional baseado em condições de contorno especiais foi desenvolvido para modelar o escoamento pulsátil. Neste modelo, a abertura e fechamento da válvula mitral e diafragma foram representados com o uso de condições de contorno especialmente elaboradas. A força motora e o direcionamento do fluxo do diafragma foram definidos por uma distribuição de velocidades na parede do diafragma, e a abertura e fechamento da válvula mitral foram executadas por uma função de onda de velocidade que vai a zero no período sistólico. Padrões do escoamento, campos de velocidade e tensão de cisalhamento no tempo foram analisadas para avaliar o desempenho do dispositivo.

A avaliação do ventrículo esquerdo (VE) é uma das principais contribuições da ecocardiografia no estudo da função cardíaca e inclui a mensuração dos diâmetros da cavidade e espessura das paredes em diástole e sístole. O estudo por meio do modo M tem sido usado como padrão para a realização da mensuração e para o cálculo de índices sistólicos, mas o modo bidimensional também é utilizado para este fim. As medidas podem ser adquiridas a partir de dois planos de imagem: transversal e longitudinal. A definição de intervalos de confiança para valores normais de VE permite a identificação de remodelamento ventricular, concêntrico ou excêntrico, decorrente de doenças cardiovasculares ou sistêmicas. Assim sendo, o objetivo deste estudo foi comparar as medidas ecocardiográficas desta câmara obtidas pelos seguintes métodos: modo M em corte transversal, modo M em corte longitudinal, modo bidimensional em corte transversal e modo bidimensional em corte longitudinal. Adicionalmente, estudou-se o comportamento do efeito do peso e do sexo nos métodos mencionados. Foram selecionados 40 cães adultos da raça Pastor Alemão sem alterações cardiovasculares. A realização do ecocardiograma de cada animal inclui os quatro métodos descritos acima, de acordo com o recomendado pela literatura. Foram pesquisados os efeitos do corte e do método, bem como a influência do peso e do sexo, sobre cada medida estudada, linear ou derivada. O peso apresentou correlação com todas as medidas lineares de VE em pelo menos um dos métodos, mas não com fração de encurtamento (FE) e fração de ejeção (FEj). Utilizando-se a análise univariada, verificou-se que machos apresentaram todas as medidas estudadas significativamente maiores que fêmeas em pelo menos um dos métodos, exceto FE e FEj, cujos valores não foram diferentes entre os sexos. Observou-se efeito isolado do corte apenas sobre diâmetro diastólico final do ventrículo esquerdo (DdFVE), com medidas maiores obtidas no corte transversal, e mudança de comportamento do sexo nos cortes com influência significativa do peso sobre septo interventricular em diástole (SIVd). Houve efeito isolado do modo sobre os índices de função sistólica FE e FEj, com valores maiores fornecidos pelo modo M. O peso teve efeito isolado positivo sobre parede livre de ventrículo esquerdo em diástole (PLVEd), exceto no modo M em corte transversal e (diâmetro sistólico final de ventrículo esquerdo (DsFVE). O sexo, retirada a influência do peso, teve efeito isolado apenas sobre DdFVE, com machos apresentando valores significativamente maiores que fêmeas em ambos os cortes no modo bidimensional. Os resultados Os resultados mostram que há risco de erro de interpretação quando valores normais de referência, gerados a partir de determinado método, são utilizados para a avaliação de um paciente examinado por técnica de mensuração diversa, especialmente quando se obtém resultados nos limites superior ou inferior de normalidade. / Left ventricle (LV) evaluation is one of the most important contributions of echocardiography in the assessment of cardiac function. It includes measurements of internal diameter and wall thickness at end-diastole and end-sistole of this chamber. M Mode echocardiography has been widely used for measuring linear dimensions and quantifying systolic function, but bidimensional mode is also used with the same purpose. The LV measurement can be derived from transverse or longitudinal images of the heart. The establishment of normal confidence intervals of LV dimensions allows identification of concentric or excentric ventricular remodeling process secondary to cardiovascular and systemic diseases. The aim of this study was to compare LV measurements obtained from four methods: M mode in short-axis, M mode in long-axis, bidimensional mode in short-axis and bidimensional mode in long-axis view of the heart. In addition the effect of weight and gender over measures was studied in the methods mentioned above. Forty adult German Shepherds without cardiovascular diseases were selected. The echocardiogram of each animal included the four described methods, according previous referenced recommendations. The effects of axis and mode as well as weight and gender were studied for each linear or derived LV measure. Weight correlated with all linear LV measures at least in one method, but not with ejection fraction (EF) and shortening fraction (SF). All LV measures of males were greater than those of females at least in one method, except for EF and SF, which did not differ between sexes. Isolated effect of the axis was observed only for LV end diastolic diameter (LVEDD), with greater values obtained from short-axis views. The combined effect of axis, gender and weight was identified in interventricular septal end diastolic thickness. There was isolated effect of mode over EF and SF, with greater measures derived from bidimensional mode methods. Weight had isolated significant positive effect over LV enddiastole posterior wall thickness in all methods, except from M mode performed in short axis, and LV end-sistolic diameter. Gender had isolated effect only over LVEDD, males showing greater values than females in bidimensional mode in short and long axis. Professionals should be aware of the possibility of erroneous interpretation when using data obtained by a different method of that used in the patient exam as reference, mainly for the values situated in inferior and superior limits of confidence intervals.

A hidrocefalia é uma doença ocasionada pelo distúrbio na formação, circulação ou absorção do líquido cefalorraquidiano (líquor) que acarreta na elevação da pressão intracraniana. O tratamento mais usual para a disfunção é a derivação ventrículo-peritoneal (DVP) responsável pela drenagem do líquor do ventrículo até o abdômen do paciente, através do implante de um cateter ventricular, uma válvula neurológica e um cateter peritoneal. Desse modo, o presente estudo apresenta o conceito de uma nova válvula neurológica com um mecanismo inovador para alteração da pressão de funcionamento, com um menor custo produtivo e de possível aceitação pelo Sistema Único de Saúde (SUS). A norma ISO 7197 forneceu as diretrizes atendidas no desenvolvimento da válvula neurológica ajustável e as informações para a construção das bancadas de testes, utilizadas para a realização dos ensaios hidrodinâmicos no protótipo do dispositivo valvular. Foram pesquisados os biomateriais empregados na fabricação de válvulas neurológicas comerciais, para a proposição dos materiais necessários para a construção da válvula ajustável por acionamento mecânico proposta. O aparato utilizado nos testes hidrodinâmicos apresentou incertezas experimentais, que não comprometem os resultados e a avaliação do desempenho in vitro do dispositivo testado. O protótipo da válvula resistiu aos testes de vazamento e de refluxo de fluido. As pressões de abertura e de fechamento apresentaram-se adequadas para o início e a interrupção do escoamento na DVP. Também foi obtido o comportamento do diferencial de pressão, em função da vazão, para as quatro classes de funcionamento disponíveis no protótipo testado. A avaliação hidrodinâmica do protótipo da válvula ajustável por acionamento mecânico apresenta resultados satisfatórios no controle da drenagem de líquor, frente a todos os ensaios hidrodinâmicos realizados. / Hydrocephalus is a disease caused by disturbance in formation, circulation or absorption of cerebrospinal fluid (CSF) which causes high intracranial pressure. The most common treatment for the dysfunction is the ventricle-peritoneal shunt responsible for drainage of cerebrospinal fluid from the patient\'s ventricle to the abdomen, through the implant of a ventricular catheter, a neurological valve and a peritoneal catheter. Thus, the present study introduces the concept of a new valve with an innovative mechanism to change the working pressure, with a lower cost of production and possible acceptance by the Brazilian Health System. ISO 7197 provided the guidelines met in the development of adjustable neurological valve and the information for the construction of testing rigs, used for hydrodynamic testing on the valve device prototype. Biomaterials used in manufacturing commercial neurological valves have been researched for proposition of materials needed for the proposed adjustable neurological valve by mechanical drive. The apparatus used in hydrodynamic tests presented experimental uncertainties, which do not compromise the results and evaluation of in vitro performance of the device tested. The prototype of the valve withstood the leak and the fluid backflow testing. The opening and closing pressures were suitable for the beginning and the interruption of the flow in the ventricle-peritoneal shunt. It was also obtained the behavior of the pressure differential, due to the flow, for the four classes of operation available in the prototype tested. Hydrodynamic evaluation of the prototype of the adjustable valve by mechanical drive shows satisfactory results in the control of CSF drain, dealing with all hydrodynamic tests carried out.

Introdução: O acesso ao terceiro ventrículo constitui verdadeiro desafio ao neurocirurgião. Nesse contexto, estudos anatômicos e morfométricos são úteis para estabelecer as limitações e as vantagens de determinado acesso cirúrgico. O acesso transcorioideo é versátil e promove exposição adequada da região média e posterior do terceiro ventrículo. Entretanto, a coluna do fórnice limita a exposição da região anterior do terceiro ventrículo. Há evidências de que a secção ipsilateral da coluna do fórnice tenha pouca repercussão na função cognitiva. Esta tese compara a exposição anatômica proporcionada pelo acesso transforniceal transcorioideo com o do acesso transcorioideo e realiza avaliação morfométrica de estruturas relevantes e comuns aos dois acessos. Material e métodos: A exposição anatômica proporcionada pelos acessos transcaloso transcorioideo e transcaloso transforniceal transcorioideo foram comparadas em oito cadáveres não submetidos à conservação, utilizando o sistema de neuronavegação (Artis, Brasília, Brasil), para aferir a área de trabalho, a área de exposição microcirúrgica, a exposição angular no plano longitudinal e transversal de dois alvos anatômicos (túber cinéreo e aqueduto cerebral). Adicionalmente, foram quantificados a espessura do parênquima do lobo frontal direito, a espessura do tronco do corpo caloso, o diâmetro longitudinal do forame interventricular, a distância de trabalho da superfície cortical ao túber cinéreo e a distância de trabalho da superfície cortical até o aqueduto cerebral. Os valores obtidos foram submetidos a análise de estatística utilizando o teste de Wilcoxon. Resultados: Na avaliação quantitativa, o acesso transforniceal transcorioideo proporcionou maior área de trabalho (transforniceal transcorioideo = 150,299 +/- 11,147 mm2; transcorioideo = 121,421 +/- 7,698 mm2; p < 0,05), maior área de exposição microcirúrgica (transforniceal transcorioideo = 100,920 +/- 8,764 mm2; transcorioideo = 79,944 +/- 4,954 mm2; p < 0,05), maior área de exposição angular no plano longitudinal para o túber cinéreo (transforniceal transcorioideo = 70,898 +/- 6,598 graus; transcorioideo = 63,838 +/- 5,770 graus; p < 0,05) e maior área de exposição angular no plano longitudinal para o aqueduto cerebral (transforniceal transcorioideo = 61,806 +/- 6,406 graus; transcorioideo = 54,998 +/- 5,102 graus; p < 0,05) em comparação com o acesso transcorioideo. Nenhuma diferença foi observada na exposição angular ao longo do eixo transversal para os dois alvos anatômicos (túber cinéreo e aqueduto cerebral) (p > 0,05). A espessura média do lobo frontal direito foi de 34,869 +/- 3,439 mm, a espessura do tronco caloso foi 10,085 +/- 1,172 mm, o diâmetro do forame interventricular foi de 4,628 +/- 0,474 mm, a distância da superfície cortical ao túber cinéreo foi de 69,315 +/- 4,564 mm e a distância da superfície cortical ao aqueduto cerebral foi de 75,654 +/- 4,950 mm. Na avaliação qualitativa, observamos que o acesso transforniceal transcorioideo permitiu incremento da visualização das estruturas da região anteroinferior do terceiro ventrículo. Não houve diferença quanto à exposição das estruturas da região média e posterior em ambos os acessos. Conclusões: O acesso transforniceal transcorioideo propicia maior exposição cirúrgica da região anterior do terceiro ventrículo em comparação com aquela oferecida pelo acesso transcorioideo. O estudo morfométrico estabeleceu valores médios das estruturas anatômicas comuns aos dois acessos na população estudada / Introduction: Approaches to the third ventricle constitute a formidable challenge to the neurosurgeon and, in this context, anatomical and morphometric studies are useful to establish the limitations and advantages of certain surgical approaches. The transchoroidal approach is a versatile one that promotes adequate exposure of the middle and posterior regions of the third ventricle. However, the column of fornix limits the exposure of the anterior third ventricle region. There is evidence that the ipsilateral section of the column of fornix has little effect on the cognitive function. This thesis compares the anatomical exposure using the transchoroidal transforniceal technique with the transchoroidal approach, and performs morphometric assessment of relevant structures common to both approaches. Material and methods: The anatomical exposure achieved through the transchoroidal transcallosal approach and transchoroidal transforniceal transcallosal were compared in 8 fresh cadavers using the neuronavigation system (Artis, Brasilia, Brazil), to assess the working area, microsurgical exposure area, to quantify the angular exposure in the longitudinal and cross-sectional planes to two anatomical targets (tuber cinereum and cerebral aqueduct), to measure the thickness of the right frontal lobe parenchyma, corpus callosum body thickness, longitudinal diameter of the interventricular foramen, working distance from the cortical surface to the tuber cinereum and working distance from the cortical surface to the cerebral aqueduct. The values obtained were submitted to statistical analysis using Wilcoxon\'s test. Results: In the quantitative assessment, the transchoroidal transforniceal approach provided: larger working area (transchoroidal transforniceal = 150.299 +/- 11.147 mm2; transchoroidal = 121.421 +/- 7.698 mm2; p < 0.05), larger area of microsurgical exposure (transforniceal transchoroidal = 100.920 +/- 8.764 mm2; transchoroidal = 79.944 +/- 4.954 mm2; p < 0.05), larger area of angular exposure in the longitudinal plane to the tuber cinereum (transchoroidal transforniceal = 70.898 +/- 6.598 degrees; transchoroidal = 63.838 + / - 5,770 degrees; p < 0.05) and larger area of angular exposure in the longitudinal plane to the cerebral aqueduct (transforniceal transchoroidal = 61.806 +/- 6.406 degrees; transchoroidal = 54.998 +/- 5.102 degrees; p < 0.05) when compared to the transchoroidal approach. No differences were observed in the angular exposure along the cross-sectional axis for both anatomical targets (tuber cinereum and cerebral aqueduct) (p > 0.05). The mean thickness of the right frontal lobe was 34.869 +/- 3.439 mm, the thickness of the corpus callosum body was 10.085 +/- 1.172 mm, the diameter of the interventricular foramen was 4,628 +/- 0,474 mm, the distance from the cortical surface to the tuber cinereum was 69.315 +/- 4.564 mm, and the distance from the cortical surface to the cerebral aqueduct was 75.654 +/- 4.950 mm. In the qualitative assessment, we observed that the transforniceal transchoroidal approach allowed better visualization of the structures in the anterior third ventricle region. There was no difference regarding exposure of structures in the middle and posterior regions with both access. Conclusions: The transforniceal transchoroidal approach provides greater surgical exposure of the anterior third ventricle region than that obtained with the transchoroidal approach. The morphometric study established mean values of anatomical structures that are common to both approaches in the assessed population

Quantification of cardiac left ventricular (LV) motion from medical images provides a non-invasive method for diagnosing cardiovascular disease (CVD). The proposed study continues our group\'s line of research in quantification of LV motion by applying optical flow (OF) techniques to quantify LV motion in gated Rubidium Chloride-82Rb (82Rb) and Fluorodeoxyglucose-18F (FDG) PET image sequences. The following challenges arise from this work: (i) the motion vector field (MVF) should be made as accurate as possible to maximise sensitivity and specificity; (ii) the MVF is large and composed of 3D vectors in 3D space, making visual extraction of information for medical diagnosis dffcult by human observers. Approaches to improve the accuracy of motion quantification were developed. While the volume of interest is the region of the MVF corresponding to the LV myocardium, non-zero values of motion exist outside this volume due to artefacts in the motion detection method or from neighbouring structures, such as the right ventricle. Improvements in accuracy can be obtained by segmenting the LV and setting the MVF to zero outside the LV. The LV myocardium was automatically segmented in short-axis slices using the Hough circle transform to provide an initialisation to the distance regularised level set evolution algorithm. Our segmentation method attained Dice similarity measure of 93.43% when tested over 395 FDG slices, compared with manual segmentation. Strategies for improving OF performance at motion boundaries were investigated using spatially varying averaging filters, applied to synthetic image sequences. Results showed improvements in motion quantification accuracy using these methods. Kinetic Energy Index (KEf), an indicator of cardiac motility, was used to assess 63 individuals with normal and altered/low cardiac function from a 82Rb PET image database. Sensitivity and specificity tests were performed to evaluate the potential of KEf as a classifier of cardiac function, using LV ejection fraction as gold standard. A receiver operating characteristics curve was constructed, which provided an area under the curve of 0.906. Analysis of LV motion can be simplified by visualisation of directional motion field components, namely radial, rotational (or circumferential) and linear, obtained through automated decomposition. The Discrete Helmholtz Hodge Decomposition (DHHD) was used to generate these components in an automated manner, with a validation performed using synthetic cardiac motion fields from the Extended Cardiac Torso phantom. Finally, the DHHD was applied to OF fields from gated FDG images, allowing an analysis of directional components from an individual with normal cardiac function and a patient with low function and a pacemaker fitted. Motion field quantification from PET images allows the development of new indicators to diagnose CVDs. The ability of these motility indicators depends on the accuracy of the quantification of movement, which in turn can be determined by characteristics of the input images, such as noise. Motion analysis provides a promising and unprecedented approach to the diagnosis of CVDs. / A quantificação do movimento cardíaco do ventrículo esquerdo (VE) a partir de imagens médicas fornece um método não invasivo para o diagnóstico de doenças cardiovasculares (DCV). O estudo aqui proposto continua na mesma linha de pesquisa do nosso grupo sobre quantificação do movimento do VE por meio de técnicas de fluxo óptico (FO), aplicando estes métodos para quantificar o movimento do VE em sequências de imagens associadas às substâncias de cloreto de rubídio-82Rb (82Rb) e fluorodeoxiglucose-18F (FDG) PET. Com a extração dos campos vetoriais surgiram os seguintes desafios: (i) o campo vetorial de movimento (motion vector field, MVF) deve ser feito da forma mais precisa possível para maximizar a sensibilidade e especificidade; (ii) o MVF é extenso e composto de vetores 3D no espaço 3D, dificultando a análise visual de informações por observadores humanos para o diagnóstico médico. Foram desenvolvidas abordagens para melhorar a precisão da quantificação de movimento, considerando que o volume de interesse seja a região do MVF correspondente ao miocárdio do VE, em que valores de movimento não nulos existem fora deste volume devido aos artefatos do método de detecção de movimento ou de estruturas vizinhas, como o ventrículo direito. As melhorias na precisão foram obtidas segmentando o VE e ajustando os valores de MVF para zero fora do VE. O miocárdio VE foi segmentado automaticamente em fatias de eixo curto usando a Transformada de Hough na detecção de círculos para fornecer uma inicialização ao algoritmo de curvas de nível, um tipo de modelo deformável. A segmentação automática do VE atingiu 93,43% de medida de similaridade Dice, quando foi testado em 395 fatias de eixo menor de FDG, comparado com a segmentação manual. Estratégias para melhorar o desempenho do algoritmo OF nas bordas de movimento foram investigadas usando spatially varying averaging filters, aplicados em seqüências de imagens sintéticas. Os resultados mostraram melhorias na precisão de quantificação de movimento utilizando estes métodos. O Índice de Energia Cinética (KEf), um indicador de motilidade cardíaca, foi utilizado para avaliar 63 sujeitos com função cardíaca normal e alterada / baixa de uma base de dados de imagens PET de 82Rb. Foram realizados testes de sensibilidade e especificidade para avaliar o potencial de KEf para classificar a função cardíaca, utilizando a fração de ejeção do VE como padrão ouro. Foi construída uma curva ROC, que proporcionou uma área sob a curva de 0,906. A análise do movimento do VE pode ser simplificada pela visualização de componentes de campo de movimento direcional, ou seja, radial, rotacional (ou circunferencial) e linear, obtidos por decomposição automatizada. A decomposição discreta de Helmholtz Hodge (DHHD) foi utilizada para gerar estes componentes de forma automatizada, com uma validação utilizando campos de movimento cardíaco sintéticos a partir do conjunto Extended Cardiac Torso Phantom. Finalmente, o método DHHD foi aplicado a campos de FO, criado a partir de imagens FDG, permitindo uma análise de componentes direcionais de um indivíduo com função cardíaca normal e um paciente com baixa função e utilizando um marca-passo. A quantificação do campo de movimento a partir de imagens PET possibilita o desenvolvimento de novos indicadores para diagnosticar DCVs. A capacidade destes indicadores de motilidade depende na precisão da quantificação de movimento que, por sua vez, pode ser determinado por características das imagens de entrada como ruído. A análise de movimento fornece um promissor e sem precedente método para o diagnóstico de DCVs.

Quantification of cardiac left ventricular (LV) motion from medical images provides a non-invasive method for diagnosing cardiovascular disease (CVD). The proposed study continues our group\'s line of research in quantification of LV motion by applying optical flow (OF) techniques to quantify LV motion in gated Rubidium Chloride-82Rb (82Rb) and Fluorodeoxyglucose-18F (FDG) PET image sequences. The following challenges arise from this work: (i) the motion vector field (MVF) should be made as accurate as possible to maximise sensitivity and specificity; (ii) the MVF is large and composed of 3D vectors in 3D space, making visual extraction of information for medical diagnosis dffcult by human observers. Approaches to improve the accuracy of motion quantification were developed. While the volume of interest is the region of the MVF corresponding to the LV myocardium, non-zero values of motion exist outside this volume due to artefacts in the motion detection method or from neighbouring structures, such as the right ventricle. Improvements in accuracy can be obtained by segmenting the LV and setting the MVF to zero outside the LV. The LV myocardium was automatically segmented in short-axis slices using the Hough circle transform to provide an initialisation to the distance regularised level set evolution algorithm. Our segmentation method attained Dice similarity measure of 93.43% when tested over 395 FDG slices, compared with manual segmentation. Strategies for improving OF performance at motion boundaries were investigated using spatially varying averaging filters, applied to synthetic image sequences. Results showed improvements in motion quantification accuracy using these methods. Kinetic Energy Index (KEf), an indicator of cardiac motility, was used to assess 63 individuals with normal and altered/low cardiac function from a 82Rb PET image database. Sensitivity and specificity tests were performed to evaluate the potential of KEf as a classifier of cardiac function, using LV ejection fraction as gold standard. A receiver operating characteristics curve was constructed, which provided an area under the curve of 0.906. Analysis of LV motion can be simplified by visualisation of directional motion field components, namely radial, rotational (or circumferential) and linear, obtained through automated decomposition. The Discrete Helmholtz Hodge Decomposition (DHHD) was used to generate these components in an automated manner, with a validation performed using synthetic cardiac motion fields from the Extended Cardiac Torso phantom. Finally, the DHHD was applied to OF fields from gated FDG images, allowing an analysis of directional components from an individual with normal cardiac function and a patient with low function and a pacemaker fitted. Motion field quantification from PET images allows the development of new indicators to diagnose CVDs. The ability of these motility indicators depends on the accuracy of the quantification of movement, which in turn can be determined by characteristics of the input images, such as noise. Motion analysis provides a promising and unprecedented approach to the diagnosis of CVDs. / A quantificação do movimento cardíaco do ventrículo esquerdo (VE) a partir de imagens médicas fornece um método não invasivo para o diagnóstico de doenças cardiovasculares (DCV). O estudo aqui proposto continua na mesma linha de pesquisa do nosso grupo sobre quantificação do movimento do VE por meio de técnicas de fluxo óptico (FO), aplicando estes métodos para quantificar o movimento do VE em sequências de imagens associadas às substâncias de cloreto de rubídio-82Rb (82Rb) e fluorodeoxiglucose-18F (FDG) PET. Com a extração dos campos vetoriais surgiram os seguintes desafios: (i) o campo vetorial de movimento (motion vector field, MVF) deve ser feito da forma mais precisa possível para maximizar a sensibilidade e especificidade; (ii) o MVF é extenso e composto de vetores 3D no espaço 3D, dificultando a análise visual de informações por observadores humanos para o diagnóstico médico. Foram desenvolvidas abordagens para melhorar a precisão da quantificação de movimento, considerando que o volume de interesse seja a região do MVF correspondente ao miocárdio do VE, em que valores de movimento não nulos existem fora deste volume devido aos artefatos do método de detecção de movimento ou de estruturas vizinhas, como o ventrículo direito. As melhorias na precisão foram obtidas segmentando o VE e ajustando os valores de MVF para zero fora do VE. O miocárdio VE foi segmentado automaticamente em fatias de eixo curto usando a Transformada de Hough na detecção de círculos para fornecer uma inicialização ao algoritmo de curvas de nível, um tipo de modelo deformável. A segmentação automática do VE atingiu 93,43% de medida de similaridade Dice, quando foi testado em 395 fatias de eixo menor de FDG, comparado com a segmentação manual. Estratégias para melhorar o desempenho do algoritmo OF nas bordas de movimento foram investigadas usando spatially varying averaging filters, aplicados em seqüências de imagens sintéticas. Os resultados mostraram melhorias na precisão de quantificação de movimento utilizando estes métodos. O Índice de Energia Cinética (KEf), um indicador de motilidade cardíaca, foi utilizado para avaliar 63 sujeitos com função cardíaca normal e alterada / baixa de uma base de dados de imagens PET de 82Rb. Foram realizados testes de sensibilidade e especificidade para avaliar o potencial de KEf para classificar a função cardíaca, utilizando a fração de ejeção do VE como padrão ouro. Foi construída uma curva ROC, que proporcionou uma área sob a curva de 0,906. A análise do movimento do VE pode ser simplificada pela visualização de componentes de campo de movimento direcional, ou seja, radial, rotacional (ou circunferencial) e linear, obtidos por decomposição automatizada. A decomposição discreta de Helmholtz Hodge (DHHD) foi utilizada para gerar estes componentes de forma automatizada, com uma validação utilizando campos de movimento cardíaco sintéticos a partir do conjunto Extended Cardiac Torso Phantom. Finalmente, o método DHHD foi aplicado a campos de FO, criado a partir de imagens FDG, permitindo uma análise de componentes direcionais de um indivíduo com função cardíaca normal e um paciente com baixa função e utilizando um marca-passo. A quantificação do campo de movimento a partir de imagens PET possibilita o desenvolvimento de novos indicadores para diagnosticar DCVs. A capacidade destes indicadores de motilidade depende na precisão da quantificação de movimento que, por sua vez, pode ser determinado por características das imagens de entrada como ruído. A análise de movimento fornece um promissor e sem precedente método para o diagnóstico de DCVs.

Submitted by Erika Demachki (erikademachki@gmail.com) on 2014-09-08T20:13:04Z No. of bitstreams: 2 Luiz Antônio Batista de Sá - 2013.pdf: 2785841 bytes, checksum: 7b5931974548bfd07b98371e20bbfbce (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) / Made available in DSpace on 2014-09-08T20:13:04Z (GMT). No. of bitstreams: 2 Luiz Antônio Batista de Sá - 2013.pdf: 2785841 bytes, checksum: 7b5931974548bfd07b98371e20bbfbce (MD5) license_rdf: 23148 bytes, checksum: 9da0b6dfac957114c6a7714714b86306 (MD5) Previous issue date: 2013-02-22 / Introduction: Right ventricular pacing can be deleterious in patients with left ventricular dysfunction, but in patients with normal function the impact of this stimulation and triggering ventricular dyssynchrony clinically relevant is not fully established. Objectives: To evaluate clinical findings of patients with previously normal ventricular function, who underwent implantation of a pacemaker. Methods: We studied prospectively 20 patients (60% male and the average age was 58 years) underwent implantation of a pacemaker with the following inclusion criteria: normal ventricular function defined by echocardiography and the presence of ventricular pacing 90% higher (generator telemetry). We evaluated the following parameters: Class functional (New York Heart Association) 6-minute walk test, dosage of B-type natriuretic peptide (BNP), and conventional echocardiographic and evaluation dyssynchrony and intraventricular (by tissue Doppler, M-mode and pulsed Doppler) and the quality of life assessment by SF-36 Health Survey. The evaluation was done at 10 days (t1), 4 months (t2), 8 months (t3), 12 months (t4) and 24 months (t5). Data were compared over time according to ANOVA repeated measures (rmANOVA). Results: Of the following evaluated data showed no statistically significant variation (p> 0.05): conventional echocardiographic parameters, interventricular and intraventricular dyssynchrony. The six minute walk test, functional class and BNP worsened at the end of two years (p <0.05). Evaluation showed initial improvement in QOL domains: physical functioning, social and general health and worsens at the end of the two years. Conclusion: After 24 months the right ventricular pacing, in patients with normal function, correlated with worsening of ventricular function assessed clinically (class functional walk test and QOL) and measure laboratory (BNP). / Introdução: A estimulação de ventrículo direito pode ser deletéria em pacientes com disfunção ventricular, porém em pacientes com função normal o impacto desta estimulação como fator de dessincronia e desencadeamento de disfunção ventricular clinicamente relevante não é completamente estabelecido. Objetivos: Avaliar a evolução clínica e laboratorial de pacientes, com função ventricular previamente normal, submetidos a implante de marca-passo. Métodos: Durante dois anos foram estudados de forma prospectiva 20 pacientes (60% do sexo masculino) com idade média de 58 anos submetidos a implante de marca-passo com os seguintes critérios de inclusão: função ventricular esquerda normal definida pelo ecocardiograma e presença de estimulação ventricular superior a 90% (telemetria do gerador). Foram avaliados os seguintes parâmetros: classe funcional (New York Heart Association), teste de caminhada de 6 minutos(TC6’), dosagem do hormônio natriurético tipo B (BNP), avaliação ecocardiográfica convencional e com avaliação da dessincronia e intraventricular (através do Doppler tecidual, modo M e Doppler pulsado) e questionário de qualidade de vida (QV) (SF-36). A avaliação foi feita com 10dias (t1), 4 meses (t2), 8 meses (t3), 12 meses (t4) e 24 meses (t5). Os dados foram comparados ao longo do tempo segundo método ANOVA medidas repetidas (rmANOVA). Resultados: Dos dados avaliados os seguintes não apresentaram variação estatística significante (p>0,05): parâmetros ecocardiográficos convencionais, dessincronia intraventricular e interventricular. O TC6, a classe funcional e a dosagem de BNP apresentaram piora ao final dos dois anos (p<0,05). Avaliação de QV mostrou melhora inicial nos domínios: capacidade funcional, aspectos sociais e estado geral de saúde e piora destes parâmetros ao final dos dois anos Conclusão: Após 24 meses a estimulação ventricular direita, em pacientes com função normal, correlacionou com piora da função ventricular avaliada clinicamente (classe funcional, teste de caminhada e QV) e dosagem de BNP.

Made available in DSpace on 2016-08-19T18:16:04Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertacao Gilvan.pdf: 1264814 bytes, checksum: 315e543380c1d084e9507ab66fbf221f (MD5) Previous issue date: 2012-06-18 / Background: A specific acromegaly-related cardiomyopathy has been described in the literature, largely in Caucasians, which is independent of other risk factors, mainly hypertension. Objective: The aim of this study was to assess the cardiac changes in an extensively admixed acromegalic population and also the relevance of the aetiopathogenic factors involved, such as disease activity and hypertension. Methods: In a cross-sectional design, 37 acromegalic patients (20 brown, 14 blacks and 3 whites) and 74 controls matched by age, gender and hypertension were evaluated. Cardiac morphology and function were addressed using echocardiography parameters. Results: The mean age of patients was 46.9 ± 12.8 years, with 67.6% being female and 43.2% hypertensive. The prevalence of left ventricular hypertrophy (LVH) between acromegalics was 56.8% versus 10.8% in the controls (p< 0.001). About 86% of patients with LVH had active disease (p = 0.023). Logistic regression revealed that disease activity presented a stronger association (OR = 5.925; CI = 1.085 32.351; p = 0.040) with LVH than hypertension (OR = 3.237; CI = 0.702 14.924; p = 0.132). Most acromegalics (51.4%) presented with diastolic dysfunction that directly correlated with age and with blood pressure levels and did not correlate with the percentage of upper limit of the normal range of IGF-I (% ULNR-IGF-I). Systolic function was not affected. When black acromegalics were compared to brown ones, no statistically significant differences were observed. Conclusion: In conclusion, chronically hyperactive somatotropic axis remains as an independent and determining factor in the development of LVH, as it is more associated with this condition than hypertension in a largely admixed population with a high prevalence of blacks. / Introdução: Uma miocardiopatia específica da acromegalia vem sendo descrita na literatura, principalmente em caucasianos e que é independente de outros fatores de risco, sobretudo, da Hipertensão Arterial Sistêmica (HAS). Objetivo: avaliar as alterações cardíacas em uma população acromegálica altamente miscigenada, assim como a importância dos fatores etiopatogênicos envolvidos, a saber: atividade da doença e HAS. Metodologia: Em um estudo transversal, 37 pacientes acromegálicos (20 pardos, 14 negros e 3 brancos) e 74 indivíduos do grupo controle pareados por faixa etária, sexo e presença de HAS foram avaliados. A morfologia e a função cardíacas foram avaliadas usando parâmetros ecocardiográficos. Resultados: a média de idade dos pacientes foi de 46.9 ± 12.8 anos, com 67.6% de mulheres e 43.2% de hipertensos. A prevalência de hipertrofia de ventrículo esquerdo (HVE) entre acromegálicos foi de 56.8% versus 10.8% no grupo-controle (p< 0.001). Cerca de 86% dos pacientes com HVE apresentaram doença ativa (p = 0.023). A análise por regressão logística demonstrou que a atividade da doença apresentou uma associação mais forte (OR = 5.925; CI = 1.085 32.351; p = 0.040) com HVE que HAS (OR = 3.237; CI = 0.702 14.924; p = 0.132). A maioria dos acromegálicos (51.4%) apresentou disfunção diastólica que se correlacionou diretamente com a idade e com os níveis de pressão arterial e não demonstrou correlação com a percentagem do limite superior da variação do normal de IGF-I (% LSN-IGF-I). Não houve alteração da função sistólica. Diferenças estatisticamente significantes não foram observadas quando os acromegálicos negros foram comparados aos pardos. Conclusão: A hiperatividade do eixo somatotrófico permanece como um fator determinante e independente para o desenvolvimento de HVE, visto que é mais associado com esta condição que HAS, em uma população de acromegálicos de ampla diversidade étnica e com alta prevalência de negros.

En los últimos años se han desarrollado nuevas formas de ultrasonido que ayudan a mejorar la calidad de las imágenes ecográficas, permitiendo que se incremente la capacidad diagnóstica de un estudio ultrasónico. En este trabajo se utilizó una de ellas, las frecuencias armónicas, en especial la segunda armónica, para determinar si mejoraba la calidad de visualización del endocardio del ventrículo izquierdo, comparado con el estudio realizado en frecuencias fundamentales. Se realizaron ecocardiogramas bidimensionales a 50 pacientes con frecuencias fundamentales y con segunda armónica. Se utilizó una escala semi-cuantitativa para analizar la calidad de visualización del endocardio del ventrículo izquierdo en todos los estudios, con ambas formas de ultrasonido. Se analizó la motilidad parietal del ventrículo izquierdo de acuerdo a la segmentación y puntuación de la Sociedad Americana de Ecocardiografía. Se calcularon los volúmenes de fin de diástole, volumen de fin de sístole y fracción de eyección del ventrículo izquierdo en todos los pacientes en los estudios realizados en ambas frecuencias, fundamental y segunda armónica. Se observó que la calidad de visualización del endocardio del ventrículo izquierdo mejoró de manera estadísticamente significativa en todos los segmentos analizados utilizando segunda armónica, en comparación con los estudios realizados en frecuencia fundamental. Esta mejoría en la calidad de visualización del endocardio se observó aún con distintas calidades de estudios dependiendo de la calidad de las ventanas ultrasónicas de los pacientes incluidos. En cambio, la asignación de motilidad parietal y la determinación de la fracción del ventrículo izquierdo no mostraron diferencias estadísticamente significativas al comparar ambas técnicas de frecuencias, fundamentales y segunda armónica. De acuerdo a estos resultados, se puede concluir que la utilización de la segunda armónica mejora la calidad de visualización del endocardio del ventrículo izquierdo, con lo cual se incrementa la capacidad diagnóstica del método, a pesar que no influye significativamente en los resultados de la asignación de la motilidad parietal ni en las mediciones de los volúmenes ventriculares y el cálculo de la fracción de eyección del ventrículo izquierdo.