Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Caracterização da periodicidade de tecido hepático humano saudável in vitro usando sinais de ultra-som

Characterization of in vitro healthy human liver tissue periodicity using ultrasound signals

Machado, Christiano Bittencourt; Pereira, Wagner Coelho de Albuquerque ; Meziri, Mahmoud; Laugier, Pascal

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Resumo

A ultra-sonografia é amplamente usada na medicina para o diagnóstico de diversas doenças. Entretanto, o ultra-sonogra fista pode não identificar certos aspectos da estrutura tissular, levando a prognóstico e propedêutica inadequados. Sendo assim, a extração de parâmetros quantitativos do sinal retro espalhado seria de grande valia. O espaçamento médio entre espalhadores (Mean Scatterer Spacing – MSS) é um parâmetro que vem sendo estudado, podendo ser estimado por métodos de análise espectral. Sabe-se que o tecido hepático apresenta uma estrutura quasi-periódica, formada por células que se agrupam em placas, os lóbulos hepáticos (aproximadamente 1 mm de largura). O presente trabalho compara a aplicação dos métodos autocorrelação espectral (SAC), análise do es pectro singular (SSA) e a transformação quadrática do sinal (proposto por Simon et al.) em sinais retroespalhados de US para caracterizar a periodicidade de tecido hepático sadio hu mano in vitro, usando como parâmetro o MSS. Foram coletadas cinco amostras de tecido, e 300 sinais de ultra-som de cada uma. Para cada sinal, foram utilizados os três métodos para estimar o MSS. Ao se construir histogramas das estimativas, percebe-se um padrão entre as amostras de tecido. As médias entre os métodos não apresentaram diferença significativa (p > 0,05) segundo a one-way ANOVA, e os intervalos de confiança (95%) para a média do MSS foram: SAC: 0,98 < MSS < 1,12; SSA: 1,00 < MSS < 1,13; SIMON: 0,96 < MSS < 1,13. Conclui-se que não houve diferenças significativas entre as estimativas dos métodos, e o valor de MSS estimado é compatível com o relatado em literatura.

Palavras-chave

Ultra-som, Periodicidade, MSS, Tecido hepá tico, Caracterização tecidual.

Abstract

Ultrasonography is widely used in medicine in the diagnosis of several diseases. Nevertheless, the ultrasonographist may not detect certain aspects of tissue structure, leading to inadequate prognostics and propedeutics. Thus, the extraction of quantitative parameters from backscattered ultrasound signals would be valuable. The mean scatterer spacing (MSS) is a parameter which has been studied, basically by spectral analysis methods. It is known that hepatic tissue presents a quasi-periodic structure, formed by cells clustered in plaques, the hepatic lobules (approximately 1 mm wide). This work aims to compare three spectral analysis methods: spectral autocorrelation (SAC), singular spectrum analysis (SSA) and the signal quadratic transformation (proposed by Simon et al.), in the characterization of in vitro healthy human liver tissue periodicity using ultrasound signals. Three hundred samples of ultrasound backscattered signals from five tissue specimens were collected. For each signal, it was applied the three methods to estimate MSS. By constructing histograms, it can be identified some patterns among tissue samples. The mean values among methods did not show sig nificant difference (p > 0.05), and the confidence intervals (95%) for MSS average values were: SAC: 0.98 < MSS < 1.12; SSA: 1.00 < MSS < 1.13; SIMON: 0.96 < MSS < 1.13. It was concluded that there were no significant differences among the methods, and the estimated MSS value is compatible to that reported in literature.

Keywords

Ultrasound, Periodicity, MSS, Hepatic tissue, Tissue characterization.
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