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Dissertação de Mestrado
DOI
Documento
Autor
Nome completo
João Eduardo Maeda Moreira da Silva
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2010
Orientador
Banca examinadora
Furuie, Sérgio Shiguemi (Presidente)
Carrillo Le Roux, Galo Antonio
Rebelo, Marina de Fátima de Sá
Título em português
Estimação de parâmetros de modelos compartimentais para tomografia por emissão de pósitrons.
Palavras-chave em português
Equações de sensibilidade
Estimação paramétrica
Modelos compartimentais
Otimização não-linear
Sistemas de equações diferenciais
Resumo em português
O presente trabalho possui como metas o estudo, simulação, identificação de parâmetros e comparação estatística de modelos compartimentais utilizados em tomografia por emissão de pósitrons (PET). Para tanto, propõe-se utilizar a metodologia de equações de sensibilidade e o método de Levenberg-Marquardt para a tarefa de estimação de parâmetros característicos das equações diferenciais descritoras dos referidos sistemas. Para comparação entre modelos, foi empregado o critério de informação de Akaike. São consideradas três estruturas compartimentais compostas, respectivamente, por dois compartimentos e duas constantes características, três compartimentos e quatro constantes características e quatro compartimentos e seis constantes características. Os dados considerados neste texto foram sintetizados preocupando-se em reunir as principais características de um exame de tomografia real, tais como tipo e nível de ruído e morfologia de função de excitação do sistema. Para tanto, foram utilizados exames de pacientes do setor de Medicina Nuclear do Instituto do Coração da Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo. Aplicando-se a metodologia proposta em três níveis de ruído (baixo, médio e alto), obteve-se concordância do melhor modelo em graus forte e considerável (com índices de Kappa iguais a 0.95, 0.93 e 0.63, respectivamente). Observou-se que, com elevado nível de ruído e modelos mais complexos (quatro compartimentos), a classificação se deteriora devido ao pequeno número de dados para a decisão. Foram desenvolvidos programas e uma interface gráfica que podem ser utilizadas na investigação, elaboração, simulação e identificação de parâmetros de modelos compartimentais para apoio e análise de diagnósticos clínicos e práticas científicas.
Título em inglês
Parameter estimation of compartmental models for positron emission tomography.
Palavras-chave em inglês
Compartmental modeling
Differential equations systems
Nonlinear optimization
Parametric estimation
Sensitivity equations
Resumo em inglês
This work has as goals the study, simulation, parameter identification and statistical comparison of compartmental models used in positron emission tomography (PET). We propose to use the methodology of sensitivity equations and the method of Levenberg-Marquardt for the task of estimating the characteristic parameters of the differential equations describing such systems. For model comparison, Akaikes information criterion is applied. We have considered three compartmental structures represented, respectively, by two compartments and two characteristic constants, three compartments and four characteristic constants and four compartments and six characteristics constants. The data considered in this work were synthesized taking into account key features of a real tomography exam, such as type and level of noise and morphology of the input function of the system. To this end, we used tests of patients in the sector of Nuclear Medicine of the Heart Institute of the Faculty of Medicine, University of São Paulo. Applying the proposed methodology with three noise levels (low, medium and high), we obtained agreement of the best model with strong and considerable degrees (with Kappa indexes equal to 0.95, 0.93 and 0.63, respectively). It was observed that, with high noise level and more complex models (four compartments), the classification is deteriorated due to lack of data for the decision. Programs have been developed and a graphical interface that can be used in research, development, simulation and parameter identification of compartmental models, supporting analysis of clinical diagnostics and scientific practices.
 
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Data de Publicação
2010-09-17
 
AVISO: O material descrito abaixo refere-se a trabalhos decorrentes desta tese ou dissertação. O conteúdo desses trabalhos é de inteira responsabilidade do autor da tese ou dissertação.
  • Silva, João Eduardo Maeda Moreira da, e Furuie, Sérgio Shiguemi. Adequação de modelo compartimental para exames de tomografia por emissão de pósitrons [doi:10.4322/rbeb.2011.019]. Revista Brasileira de Engenharia Biomédica [online], 2011, vol. 27, p. 231-242.
  • SILVA, Joao Eduardo Maeda Moreira da, and FURUIE, S. S. Compartmental Modeling in Positron Emission Tomography: a model selection approach. In Pan American Health Care Exchanges Conference, workshops, and exhibits, México, 2009. Proceedings of PAHCE Conference 2009. : IEEE, 2009.
  • SILVA, Joao Eduardo Maeda Moreira da, e FURUIE, S. S. Estimativa da Concentração de Radiofármacos no Plasma Sanguíneo a Partir de Imagens Dinâmicas de PET Aplicada a Estudos Cardiológicos. In WORKSHOP OF THESES AND DISSERTATIONS - SIBGRAPI 2007 (October 7-10, 2007), Belo Horizonge, 2007. Proceedings of the XX Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing. : IEEE Computer Society, 2007.
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