Segmentação e quantificação de tecidos da coxa e abdômen em imagens de tomografia computadorizada

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2018
Autor(a) principal: Felinto, Jonas de Carvalho
Orientador(a): Ferrari, Ricardo José lattes
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Dissertação
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal de São Carlos
Câmpus São Carlos
Programa de Pós-Graduação: Programa de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCC
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
Palavras-chave em Inglês:
Área do conhecimento CNPq:
Link de acesso: https://repositorio.ufscar.br/handle/20.500.14289/10401
Resumo: The quantification of adipose and muscular tissues is of great importance in clinical practice and assists in the diagnosis of diseases such as type 2 diabetes, insulin resistance and, osteoarthritis. The use of Computed Tomography (CT) imaging has become indispensable for the quantification of such tissues and is currently considered the gold standard in clinical practice. CT imaging is able to produce results with high accuracy, with high soft tissue contrast, lower financial cost and time-wise efficiency when compared to MRI. Currently, the quantification of tissues is performed manually by a specialized radiologist with limited help of the computer and therefore has several limitations. For this reason, several researchers have turned their efforts to the development of automatic techniques of tissue segmentation. Some automatic techniques presented in the literature show high correlation values between automatic segmentation results and manual specialist markings, but the results were obtained using few images and to date none of these techniques are available to the medical community. In this context, this research aims to create a computational technique that allows automatic segmentation and quantification of thigh and abdomen tissues in CT images. This technique combines morphological operations, thresholding, a Gaussian mixture model and the use of an accumulator matrix with the projection of digital lines to classify each fat voxel in relation to its position to other tissues. Subsequently, a quantitative evaluation was done using 144 thigh images extracted from 72 thighs CT scans (left and right) and 15 CT images from the abdomen. All images were manually segmented by a specialist using image editing software and used for further comparative analysis. The precision results for the masks that delimit the thigh and fascia and that delimit the abdomenm and the visceral region are 0.99 and 0.98, respectively. Also, the coefficient of similarity of dice for these areas was close to 0.98.
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CT imaging is able to produce results with high accuracy, with high soft tissue contrast, lower financial cost and time-wise efficiency when compared to MRI. Currently, the quantification of tissues is performed manually by a specialized radiologist with limited help of the computer and therefore has several limitations. For this reason, several researchers have turned their efforts to the development of automatic techniques of tissue segmentation. Some automatic techniques presented in the literature show high correlation values between automatic segmentation results and manual specialist markings, but the results were obtained using few images and to date none of these techniques are available to the medical community. In this context, this research aims to create a computational technique that allows automatic segmentation and quantification of thigh and abdomen tissues in CT images. This technique combines morphological operations, thresholding, a Gaussian mixture model and the use of an accumulator matrix with the projection of digital lines to classify each fat voxel in relation to its position to other tissues. Subsequently, a quantitative evaluation was done using 144 thigh images extracted from 72 thighs CT scans (left and right) and 15 CT images from the abdomen. All images were manually segmented by a specialist using image editing software and used for further comparative analysis. The precision results for the masks that delimit the thigh and fascia and that delimit the abdomenm and the visceral region are 0.99 and 0.98, respectively. Also, the coefficient of similarity of dice for these areas was close to 0.98.A quantificação de tecidos adiposos e musculares é de grande importância na prática clínica e auxilia no diagnóstico de doenças como diabetes tipo 2, resistência insulínica e osteoartrite. O uso de imagens de tomografia computadorizada (TC) tornou-se indispensável para a quantificação de tais tecidos e, atualmente, é considerado o padrão ouro na prática clínica. O imageamento por TC é capaz de produzir resultados com alta acurácia, com grande contraste de tecidos moles, além de menor custo financeiro e ser mais rápido que a ressonância magnética. Atualmente, a quantificação de tecidos é realizada manualmente por um radiologista especializado com a ajuda limitada do computador e, portanto, possui diversas limitações. Por esse motivo, vários pesquisadores têm voltado seus esforços para o desenvolvimento de técnicas automáticas de segmentação de tecidos. Embora algumas técnicas automáticas, propostas na literatura, apresentem valores elevados de correlação entre os resultados das segmentações automáticas e da marcações manuais de especialistas, os resultados foram obtidos usando poucas imagens e, até o momento, nenhuma dessas técnicas estão disponíveis para a comunidade médica. Nesse contexto, este trabalho de pesquisa tem como objetivo a criação de uma técnica computacional que permita realizar de maneira automática a segmentação e quantificação de tecidos da coxa e abdômen em imagens de TC. Essa técnica combina operações morfológicas, limiarização, um modelo de mistura gaussiana e o uso de uma matriz acumuladora em conjunto com a projeção de linhas digitais para classificar cada voxel de gordura em relação a sua posição à outros tecidos. Posteriormente uma avaliação quantitativa foi feita usando 144 imagens de coxas extraídas de 72 exames de TC da coxa (esquerda e direita) e 15 imagens de TC do abdômen. Todas as imagens foram manualmente segmentadas por um especialista com o auxílio de um software de edição de imagens e utilizadas para posterior análise comparativa. Os resultados de precisão para a obtenção das máscaras que delimitam a coxa e a fáscia e que delimitam o abdômen e a região visceral são ambos de 0,99 e 0,98, respectivamente. Além disso, o coeficiente de similaridade de dice para essas as áreas foi próximo a 0,98.Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)porUniversidade Federal de São CarlosCâmpus São CarlosPrograma de Pós-Graduação em Ciência da Computação - PPGCCUFSCarTecido adiposo visceralTecido adiposo subcutâneoTecido adiposo intermuscularTomografia computadorizadaSegmentação automáticaVisceral adipose tissueSubcutaneous adipose tissueIntermuscular adipose tissueComputed tomographyAutomatic segmentationCIENCIAS EXATAS E DA TERRA::CIENCIA DA COMPUTACAOSegmentação e quantificação de tecidos da coxa e abdômen em imagens de tomografia computadorizadaSegmentation and quantification of thigh and abdomen tissues in computed tomography imagesinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisOnline8f7fc1dc-47c2-49ef-ac95-2844e18660a3info:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Institucional da UFSCARinstname:Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)instacron:UFSCARLICENSElicense.txtlicense.txttext/plain; charset=utf-81957https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/caac84f1-ca0d-448c-b350-65cf85de7f17/downloadae0398b6f8b235e40ad82cba6c50031dMD53falseAnonymousREADORIGINALFELINTO_Jonas_2018.pdfFELINTO_Jonas_2018.pdfapplication/pdf5201822https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/d21bab66-11c1-40db-ab08-757039db0739/download6ba7fe970f1ac59d6848a6f4876b0c12MD54trueAnonymousREADTEXTFELINTO_Jonas_2018.pdf.txtFELINTO_Jonas_2018.pdf.txtExtracted texttext/plain147586https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b2070107-a497-479d-89fb-6d6096eb7b6c/downloadb71235cc8bea730c94ac8f604dfc02b0MD57falseAnonymousREADTHUMBNAILFELINTO_Jonas_2018.pdf.jpgFELINTO_Jonas_2018.pdf.jpgIM Thumbnailimage/jpeg9250https://repositorio.ufscar.br/bitstreams/b7e7333f-95b8-4beb-8cc8-54ba6739f209/download0a341b30bd80e47466a0c5fe328b5201MD58falseAnonymousREAD20.500.14289/104012025-02-05 17:57:55.334Acesso abertoopen.accessoai:repositorio.ufscar.br:20.500.14289/10401https://repositorio.ufscar.brRepositório InstitucionalPUBhttps://repositorio.ufscar.br/oai/requestrepositorio.sibi@ufscar.bropendoar:43222025-02-05T20:57:55Repositório Institucional da UFSCAR - Universidade Federal de São Carlos (UFSCAR)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