INTRODUCCIÓN SEGMENTACIÓN AUTOMÁTICA DISCUSIÓN Y RECOMENDACIONES EPÍLOGO
TÉCNICAS DE SEGMENTACIÓN EN IMAGEN PET-FDG PARA LADELIMITACIÓN DE VOLÚMENES EN RADIOTERAPIA
Sánchez Merino, G.
Servicio de Física Médica y Protección RadiológicaHospital Universitario Araba
13 de diciembre de 2013
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VII JORNADA DE CONSENSO - SORE/EEOE
INTRODUCCIÓN SEGMENTACIÓN AUTOMÁTICA DISCUSIÓN Y RECOMENDACIONES EPÍLOGO
1 INTRODUCCIÓN2 SEGMENTACIÓN AUTOMÁTICA
Métodos basados en nivelMétodos estadísticos
3 DISCUSIÓN YRECOMENDACIONES
Comparación entre métodosRecomendaciones
4 EPÍLOGOImportancia de la estandarización
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SEGMENTACIÓN MANUAL
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CLASIFICACIÓN DE LOS MÉTODOS DE SEGMENTACIÓN
Segmentación manual Segmentación automática
Por umbral
Por gradiente
Modeladoestocástico
Aprendizaje automático
PET
Fusión
PET/CT
Exa
ctitu
d y
prec
isió
n
Exa
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Com
plej
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Métodos basados en nivel
Métodos estadísticos
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
Segmentaciónautomática
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
SEGMENTACIÓN POR UMBRAL ÚNICO
La principal dificultad de estatécnica es la de determinar elumbral más adecuado para realizarla segmentación de la imagen.
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
SEGMENTACIÓN POR UMBRAL ÚNICO
Uno de los métodos más utilizados es el establecer el umbral en base a unporcentaje del valor máximo del SUV de una región de la imagen.
Este criterio se basa en estudios con maniquíes con esferas estacionariasconteniendo una distribución uniforme de FDG.
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
SEGMENTACIÓN POR UMBRAL ÚNICO
Una delimitación exacta del objeto real con un único valor de umbral sólo sonposibles si:
El objeto es esférico.La captación de FDG es uniforme tanto fuera como dentro del objeto.La resolución es constante en todo el FOV.
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG I
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
SEGMENTACIÓN POR UMBRAL ADAPTATIVO
El valor óptimo del umbral secalcula mediante fórmulas quetratan de adaptar el valor a lascondiciones específicas de cadaestudio.
BIEHL ET.AL.
% U = 59,1 − 18,5 × log10(Vol. tumor)
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG II
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG II
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG II
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG II
Aún tratándose de una situación muy simplificada no es posible encontrar unvalor para el umbral que reproduzca el contorno del objeto.
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
SEGMENTACIÓN POR GRADIENTE
Estos métodos explotan lainformación que proporcionan lasvariaciones de intensidad pararealizar la segmentación de laimagen.
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MÉTODOS BASADOS EN NIVEL
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG III
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MODELADO ESTOCÁSTICO
Explotan las diferenciasestadísticas en la distribución deintensidades entre las distintasregiones de la imagen.
El problema se plantea como el dela estimación de los parámetrosdesconocidos de una función deprobabilidad de la intensidad devóxel.
Más robusto frente al ruido ycaracterísticas morfológicas deltumor.
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG III
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
Se plantea como una tarea declasificación de los vóxel quecomponen la imagen según, seansus características, en distintosgrupos (fondo, tumor, . . . ).
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
Se plantea como una tarea declasificación de los vóxel quecomponen la imagen según, seansus características, en distintosgrupos (fondo, tumor, . . . ).
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
Se plantea como una tarea declasificación de los vóxel quecomponen la imagen según, seansus características, en distintosgrupos (fondo, tumor, . . . ).
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
Se plantea como una tarea declasificación de los vóxel quecomponen la imagen según, seansus características, en distintosgrupos (fondo, tumor, . . . ).
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
Se plantea como una tarea declasificación de los vóxel quecomponen la imagen según, seansus características, en distintosgrupos (fondo, tumor, . . . ).
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
MÉTODOS DE APRENDIZAJE AUTOMÁTICO
El principal problema es su alta sensibilidad a las condiciones iniciales y a lapresencia de ruido e inhomogeneidades en la imagen.
Las técnicas más avanzadas, como las de agrupación difusa en combinación conwavelets (FMCS-SW) o las de adaptación local difusa y estimación Bayesiana(FLAB), parecen capaces de superar todas las dificultades asociadas a la imagenPET-FDG.
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MÉTODOS ESTADÍSTICOS
PROBLEMAS DE LA IMAGEN PET-FDG IV
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COMPARACIÓN ENTRE MÉTODOS
EL PROBLEMA DE LA VALIDACIÓN
¿Cómo podemossaber qué métodoes realmente elmejor?
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COMPARACIÓN ENTRE MÉTODOS
EL PROBLEMA DE LA VALIDACIÓN
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COMPARACIÓN ENTRE MÉTODOS
ESTIMACIÓN DE VOLÚMENES
FIGURA: Volumen medio del tumor estimado según diferentes algoritmos de segmentación para 7casos clínicos. [Zaidi 2012].
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RECOMENDACIONES
REVIEW ZAIDI ET.AL. EUR.J.NUCL.MED.MOL.IMAGING(2010) Y EXPERTCONSENSUS STATEMENT (SEOR-SEMNIM-SEFM)(2012)
No deben utilizarse técnicas de umbral fijo ya las de umbral adaptativo puedenimplementarse con relativa facilidad mediante un proceso de calibración.
En aquellos servicios que no cuenten con el respaldo de un servicio de físicamédica, las técnicas de contorneo manual son preferibles a las de contorneo porumbral fijo.
Para poder establecer cual es el mejor método de segmentación deberemosprimero estandarizar los procedimientos y a continuación comparar los hallazgosde los diferentes grupos.
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IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN
Primeroestandarizar
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IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN
CUANTIFICACIÓN DEL SUV
El principal objetivo de la estandarización es reducir la variabilidad inter e intrahospital en la valoración del SUV.
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IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN
CUANTIFICACIÓN DEL SUV
FIGURA: Factores que afectan a la exactitud y precisión en la cuantificación del SUV. Basado en[Boellaard, 2009].
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IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN
CUANTIFICACIÓN DEL SUV
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IMPORTANCIA DE LA ESTANDARIZACIÓN
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REFERENCIAS I
Zaidi, H. et. al. PET-guided delineation of radiation therapy treatmentvolumes: a survey of image segmentation techniques,Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging, 2010; 37:2165-2187
Zaidi, H. et. al. Comparative methods for PET image segmentation inpharyngolaryngeal squamous cell carcinoma, Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging,2012; 39:881-891
Lee, J.A. Segmentation of positron emission tomography images: Somerecommendations for target delineation in radiation oncology,Radiother.Oncol, 2010; 96:302-307
Caballero-Perea, B. et. al. Recommendations of the Spanish Societies ofRadiation Oncology (SEOR), Nuclear Medicine & Molecular Imaging(SEMNiM), and Medical Physics (SEFM) on 18FDG PET-CT for radiotherapytreatment planning, Reports of Practical Oncology and Radiotherapy, 2012;17:298-318
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REFERENCIAS II
Cheebsumon, P. et. al. Impact of [18F ]FDG PET imaging parameters onautomatic tumour delineation: need for improved tumour delineationmethodology, Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging, 2011; 38:2136-2144
Hatt, M. et. al. PET functional volume delineation: a robustness andrepeatability study, Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging, 2011; 38:663-672
Boellaard R. Standards for PET Image Acquisition and Quantitative DataAnalysis, J.Nucl.Med., 2009; 50:11S-20S
Boellaard R. et. al. FDG PET and PET/CT:EANM procedure guidelines fortumour PET imaging: vesion 1.0, Eur.J.Nucl.Med.Mol.Imaging, 2009;37:181-200
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