Image registration applied to construction of cardiac SPECT normality templates and detection of myocardial perfusion defects

A análise de imagens médicas auxiliada por computador permite a análise quantitativa das anormalidades e garante maior precisão diagnóstica. Esse tipo de análise é importante para medicina nuclear com Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), pois no grupo de dados tridimensionais de imagens, padrões sutis de anormalidades muitas vezes são importantes achados clínicos. Porém, as imagens podem sofrer interferência de artefatos de atenuação da emissão de fótons por partes moles corporais, o que reduz sua acurácia diagnóstica. Desde que se possuam parâmetros de atenuação computados em um modelo que permita a comparação com imagens de um dado paciente, a interferência dos artefatos pode ser corrigida com ganho na acurácia diagnóstica, sem a necessidade de utilização de técnicas de correção que aumentem a dose de exposição à radiação pelo paciente. A proposta desse estudo foi a criação de um atlas de cintilografia de perfusão miocárdica, que foi obtido a partir de imagens de indíviduos normais, e o desenvolvimento de um algoritmo computacional para a detecção de anormalidades perfusionais miocárdicas, através da comparação estatística dos modelos do atlas com imagens de pacientes. Métodos de corregistro de imagens de mesma modalidade e outras técnicas de processamento de imagens foram estudados e utilizados para a comparação das imagens dos pacientes com o modelo apropriado. Pela análise visual dos modelos, verificou-se a sua validade como imagem representativa de normalidade perfusional. Para avaliação da detecção, a situação dos segmentos miocárdicos (normal ou anormal) indicada pelo algoritmo de detecção foi comparada com a situação apontada no laudo obtido pela concordância de dois especialistas, de modo a se verificar as concordâncias e discordâncias da técnica em relação ao laudo e se obter a significância estatística. Com isso, verificou-se um índice de concordância positiva da técnica em relação ao laudo de aproximadamente 50%, de concordância negativa próxima a 82% e de concordância geral próxima a 68%. O teste exato de Fisher foi aplicado às tabelas de contingência, obtendo-se um valor de p bicaudal inferior a 0,0001, indicando uma probabilidade muito baixa de as concordâncias terem sido obtidas pelo acaso. Melhorias no algoritmo deverão ser implementadas e testes futuros com um padrão-ouro efetivo serão realizados para validação da técnica.The computer-aided medical imaging analysis allows the quantitative analysis of abnormalities and enhances diagnostic accuracy. This type of analysis is important for nuclear medicine that uses Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT), because in the group of three-dimensional data images, subtle patterns of abnormalities often are important clinical findings. However, images can suffer interference from attenuation artifacts of the emission of photons by soft parts of the body, which reduces their diagnostic accuracy. Since there are attenuation parameters computed in a template that allows for comparison with images of a given patient, the artifacts interference can be corrected with a gain in diagnostic accuracy, without the need of using correction techniques that increase the radiation exposure dose of the patient. The purpose of this study was to create an atlas of myocardial perfusion scintigraphy, which was obtained from images of normal individuals and the development of a computational algorithm for detection of myocardial perfusion abnormalities by statistical comparison of atlas templates with images of patients. Methods of image registration of same modality and other image processing techniques were studied and used for comparison of patient images with the appropriate template. By the visual analysis of the templates it was found its validity as a representative image of normal perfusion. For the detection evaluation, the situation of myocardial segments (normal or abnormal) indicated by the detection algorithm was compared with the situation indicated in the medical appraisal report obtained by agreement of two specialists in order to determine the agreement and disagreement of the technique regarding the medical appraisal report and obtaining the statistical significance. Thus, there was a positive agreement index of the technique regarding the medical appraisal report of approximately 50%, a negative agreement index close to 82% and a general agreement index near 68%. The Fisher exact test was applied to the contingency tables, yielding a two-sided p-value less than 0.0001, that indicates a very low probability of the agreements have been obtained by chance. Algorithm improvements should be implemented and further tests with an effective gold-standard will be conducted to validate the technique