Sistema automático para quantificação e visualização da aeração pulmonar em imagens de tomografia computadorizada de tórax: Sistema de Análise de Imagens Pulmonares – SAIP
Automatic system for quantification and visualization of lung aeration on chest computed tomography images: the Lung Image System Analysis – LISA
Felix, John Hebert da Silva; Cortez, Paulo César; Holanda, Marcelo Alcantara
http://dx.doi.org/10.4322/rbeb.2012.087
Rev. Bras. Eng. Bioméd., vol.26, n3, p.195-208, 2010
Downloads: 2
Views: 1339
Resumo
A tomografia computadorizada de alta resolução (TCAR) é o
exame de escolha na avaliação diagnóstica de afecções do parên
quima pulmonar. Neste particular, há um interesse crescente por
sistemas computacionais capazes de analisar automaticamente a
densidade radiológica dos pulmões. O principal objetivo deste
trabalho é apresentar um sistema automático para quantificação
e visualização do grau de aeração pulmonar (SAIP), em imagens
de TCAR de pulmões com diferentes graus de alterações da ae
ração pulmonar. Como objetivo secundário comparar o SAIP ao
sistema Osiris e a um algoritmo específico de segmentação pul
monar (SP), quanto à acurácia na segmentação do parênquima
pulmonar. O SAIP disponibiliza atributos quantitativos extraídos
automaticamente, tais como perímetro, área e volume da secção
pulmonar, bem como o histograma de faixa de densidades ra
diológicas e acumulado, densidade pulmonar média (Dpm) em
unidades Hounsfield (UH), área relativa dos voxels com densi
dade menor que –950 UH (RA950) e os valores de 15° percentil
de baixa atenuação (PERC15). Além disso, é capaz de processar
imagens por meio de uma ferramenta de máscara colorida, que
aplica pseudocores no parênquima pulmonar, conforme faixas
de densidade radiológicas prédeterminadas. Os resultados
da segmentação pulmonar são comparados para um conjunto
de 102 imagens de 8 voluntários saudáveis e 141 imagens de
11 pacientes com doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC).
Quanto à segmentação, o SAIP se apresenta mais efetivo do que
os outros dois métodos. O SAIP constitui uma ferramenta pro
missora no auxílio ao diagnóstico de enfisema em pacientes com
DPOC, com grande potencial de aplicação nesta área e em outras
doenças pulmonares
Palavras-chave
DPOC, TCAR, Enfisema, Segmentação, Detecção, Quantificação
Abstract
High Resolution Computed Tomography (HRCT) is the exam of choice
for the diagnostic evaluation of lung parenchyma diseases. There is an
increasing interest for computational systems able to automatically
analyze the radiological densities of the lungs in CT images. The main
objective of this study is to present a system for the automatic quantification and visualization of the lung aeration in HRCT images of different degrees of aeration, called Lung Image System Analysis (LISA).
The secondary objective is to compare LISA to the Osiris system and
also to specific algorithm lung segmentation (ALS), on the accuracy
of the lungs segmentation. The LISA system automatically extracts
the following image attributes: lungs perimeter, cross sectional area,
volume, the radiological densities histograms, the mean lung density
(MLD) in Hounsfield units (HU), the relative area of the lungs with
voxels with density values lower than –950 HU (RA950) and the 15th percentile of the least density voxels (PERC15). Furthermore, LISA
has a colored mask algorithm that applies pseudo-colors to the lung parenchyma according to the pre-defined radiological density chosen by
the system user. The lungs segmentations of 102 images of 8 healthy
volunteers and 141 images of 11 patients with Chronic Obstructive
Pulmonary Disease (COPD) were compared on the accuracy and concordance among the three methods. The LISA was more effective on
lungs segmentation than the other two methods. LISA’s color mask tool
improves the spatial visualization of the degrees of lung aeration and
the various attributes of the image that can be extracted may help physicians and researchers to better assess lung aeration both quantitatively
and qualitatively. LISA may have important clinical and research applications on the assessment of global and regional lung aeration and
therefore deserves further developments and validation studies.
Keywords
HRCT, COPD, Emphysema, Segmentation, Detection, Quantification