Desenvolvimento de modelos numéricos da zona axilar a utilizar em imagem por micro-ondas como complemento ao diagnóstico do cancro da mama

Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013Com os dados estatísticos publicados, é notório que o cancro da mama afeta cada vez mais as mulheres e uma deteção precoce e uma intervenção médica oportuna são fatores-chave que podem ajudar a aumentar a taxa de sobrevivência e a qualidade de vida dos pacientes que sofrem deste tipo de doença. Desta forma, ao longo dos últimos anos a imagiologia por micro-ondas tem-se apresentado como uma técnica de imagem com grande potencial no campo de diagnóstico na Medicina, em especial no cancro da mama. Esta técnica caracteriza-se por não utilizar radiação ionizante, ser não invasiva, ser de baixo custo e de utilizar níveis de energia muito baixos. O principal objetivo deste projeto é a construção de um fantôma numérico para a região axilar, que capte a estrutura anatómica heterogénea dessa região e que explore as diferenças das propriedades dielétricas entre os vários tecidos na axila. Em concreto, pretende-se segmentar (através da utilização do algoritmo semi-automático K-means) e identificar os gânglios sentinela, os quais são gânglios linfáticos axilares onde, aproximadamente, 80% das células tumorais metastizam-se através das vias linfáticas e sanguíneas do organismo. Neste contexto, foram utilizadas imagens de Tomografia Computorizada (do inglês, Computed Tomography, CT) e de Ressonância Magnética (do inglês, Magnetic Resonance Imaging, MRI) para criar fantômas numéricos para representar da forma mais aproximada e real um modelo numérico da estrutura anatómica heterogénea da região axilar, com especial enfase na identificação dos gânglios linfáticos axilares. Numa abordagem futura, a criação dos fantômas numéricos visam a utilização de um sistema de radar de Banda Ultra-Larga (do inglês, Ultra WideBand, UWB) nas frequências de micro-ondas devido às propriedades dielétricas dos diferentes tecidos segmentados para uma possível identificação e localização de potenciais tumores na axila.With the published statistics data, it is apparent that breast cancer affects women more and more, and so an early detection and timely medical intervention are key factors that can help to increase the survival rate and improve the quality of life of patients, who suffer from this kind of disease. Over the past few years, microwave imaging has been studied as an imaging technique with high potential to develop a complementary staging tool for breast cancer diagnosis and treatment. Microwave imaging uses non-ionizing radiation, it a noninvasive technique, it is low cost and uses low energy levels. The main goal of this work is the construction of a numerical phantom for the axillary region, which captures the anatomic heterogeneous structure and explores the differences of dielectric properties between the constituent tissues of the underarm region. Specifically, it is intended to segment (using a semi-automatic algorithm which uses the data clustering method: K-means) and identify the sentinel node, since about 80% cancer cells metastasize through lymphatic and blood vessels to axillary lymph nodes. In this context, Computed Tomography (CT) and Magnetic Resonance Imaging (MRI) exams were used in order to create numerical phantoms of the underarm region to represent anatomically realistic phantoms of axilla, with special emphasis in the identification of axillary lymph nodes. In future work, the numerical phantoms will be used in simulation studies using an Ultra-Wide Band (UWB) Radar System at microwave frequencies, and potential tumours in the axilla will be identified and located due to different dielectric properties attributed to the different segmented tissues