Como segmentar uma TAC do pâncreas
Um guia para localizar e traçar o pâncreas em TC abdominal com contraste
Um agradecimento especial à minha boa amiga Dra. Megan Engels, por me ter ajudado com este post.
As tomografias computorizadas contêm uma grande quantidade de informação que nos pode ajudar a compreender a saúde de um doente. Como cientistas de dados, o nosso papel é extrair a informação para que possa ser medida ou quantificada.
O primeiro passo para analisar exames de TC ou RMN é normalmente a segmentação. Com isto, quero dizer traçar – segmentação – estruturas importantes do fundo. A partir das segmentações, extraímos características importantes como o volume do órgão, a área de superfície, o brilho e os padrões de textura que nos informam sobre vários aspectos da doença.
A segmentação pode ser um processo moroso e é uma das primeiras tarefas que estamos a tentar automatizar utilizando a aprendizagem profunda. Por exemplo, o nosso laboratório desenvolveu um modelo de U-Net para segmentar trinta e quatro órgãos únicos a partir de uma TAC abdominal (papel).
Neste tutorial, vou demonstrar-lhe como segmentar o pâncreas a partir de uma TAC abdominal. Concentrar-me-ei na utilização do ITK-Snap, que é uma ferramenta simples e gratuita que pode utilizar para começar. Estou a incluir algumas noções básicas de anatomia, mas se pretende embarcar no seu próprio projeto de investigação, recomendo vivamente que contacte um especialista clínico, como um radiologista, para compreender quais são as necessidades específicas da sua tarefa.
Para esta demonstração, estou a utilizar O Arquivo de Imagens do Cancro (TCIA), que é um conjunto de dados de imagens médicas disponível ao público, fornecido pelo NIH. O conjunto de dados completo contém 85 exames tirados de pacientes saudáveis. O conjunto de dados também fornece segmentações, embora eu vá mostrar-lhe como traçar a partir do zero.
Existem muitas ferramentas disponíveis que podem visualizar e anotar imagens DICOM (para obter informações sobre o formato de ficheiro DICOM, consulte o meu outro artigo). Uma forma rápida de começar é com ITK-Snap, que é fácil de descarregar e utilizar. É perfeito para conjuntos de dados mais pequenos.
Uma ligação rápida – para projectos mais complicados (por exemplo, projectos que envolvem múltiplos marcadores ou exames repetidos), o nosso grupo na Clínica Mayo desenvolveu a nossa própria ferramenta de software de código aberto, RIL-Contour. O RIL-Contour tem características avançadas para tornar a segmentação mais rápida e mais precisa, e até mesmo a versão de dados, o que pode ajudar no controlo de qualidade quando tem vários indivíduos a trabalhar no mesmo projeto.
O ITK-Snap suporta imagens nos formatos NIFTI e DICOM. A Figura 1 mostra o aspeto da interface do ITK-Snap depois de importar um ficheiro.
Esta é uma digitalização 3D que é mostrada em 3 vistas – axial (também chamada de “transversal”) (superior esquerda), sagital (superior direita) e coronal (inferior direita). Irá reparar que cada vista está identificada como anterior (A), posterior (P), superior (S), inferior (I), direita (R) e esquerda (L).
A direita e a esquerda podem parecer atrasadas para o leitor – são dadas a partir da perspetiva do doente que estaria de frente para nós.
Pode segmentar em qualquer plano, mas é comum fazer a maior parte da segmentação no plano axial. Isto deve-se ao facto de a espessura dos cortes em TC ser normalmente maior no plano axial (3-5mm, vs. 0,5-0,8mm), pelo que acaba por ter de traçar menos cortes.
Antes de começarmos, precisamos de ajustar o contraste do exame. A isto chama-se “windowing”. O contraste da TC é medido em unidades Hounsfield, que são normalizadas para ar (HU = -1000) e água (HU = 0). Para ajustar o “windowing” no ITK-Snap, aceda a Ferramentas > Contraste de imagem > Ajuste do contraste. Há uma barra deslizante, mas é mais preciso digitar os números. Para tecidos moles abdominais, o nível é 50 e a janela é 400, o que significa que os pixéis da imagem são cortados entre -350 e +450.
Estas TCs são contrastadas, o que significa que foi injetado um agente de contraste iodado na corrente sanguínea. Isto fará com que os vasos sanguíneos apareçam mais brilhantes do que o tecido circundante. Adicionalmente, o doente recebe contraste digestivo sob a forma de um esófago de bário, que faz com que o conteúdo do estômago e do intestino delgado também apareça brilhante.
Antes de encontrarmos o pâncreas, é útil compreender um pouco da anatomia abdominal. Identifiquei alguns pontos de referência nas imagens abaixo. Se consultar um livro de anatomia, verá que o pâncreas se encontra por baixo do fígado e atrás do estômago, normalmente adjacente à coluna vertebral.
Tal como noutros órgãos, existe uma variação considerável na localização, tamanho e forma do pâncreas, o que pode dificultar a sua segmentação. O pâncreas pode ser especialmente complicado de segmentar por várias razões
- É menos fixo do que outros órgãos sólidos e tende a deslocar-se
- Interage diretamente com outros órgãos circundantes (especialmente a parede do intestino)
- Tem um aspeto heterogéneo mesmo em doentes saudáveis.
Abaixo, copiei uma caricatura da Wikipedia. O órgão do pâncreas é diferenciado em três regiões: a cabeça, o corpo e a cauda. O pâncreas tem um aspeto macio e lobulado e está organizado em torno de um ducto pancreático central, que transporta os sucos digestivos excretados pelo pâncreas para o intestino delgado.
Na TC, este aspeto lobulado manifesta-se como uma textura macia e irregular. O ducto pancreático pode ou não ser visível (tende a ser menos visível em doentes mais jovens). Tenha em atenção que o pâncreas pode conter quistos – algumas estimativas colocam este número em 50%. A obesidade também tem impacto na aparência do pâncreas, causando depósitos de gordura que podem fazer com que o pâncreas pareça mais escuro. Por fim, a atrofia pancreática também é comum nos idosos; pode ser um sinal de doença ou apenas uma variação normal em adultos mais velhos.
Normalmente penso que é mais fácil encontrar o corpo do pâncreas devido à sua textura e localização distintas. Vou traçar esta estrutura primeiro, e depois segui-la para cima e para baixo.
O pâncreas tende a ser envolvido por vários vasos sanguíneos, incluindo a aorta, a veia cava e as artérias/veias renais. Estes vasos aparecem tipicamente como estruturas circulares brilhantes na TC com contraste (na TC sem contraste estas distinções são pouco visíveis – e muito mais difíceis de segmentar). Certifique-se de que evita a inclusão acidental de vasos na sua segmentação, o que pode introduzir um viés nas suas medições.
Finalmente, pode ser difícil separar a cabeça e a cauda do pâncreas quando estão a tocar em órgãos próximos. Um truque que eu gosto de usar é segmentar 4-5 fatias óbvias no plano coronal, e então usar isso como um guia para a segmentação axial. Isto torna mais fácil encontrar os “cantos” do órgão do pâncreas.
Depois de terminar, certifique-se de verificar novamente o seu trabalho. O erro mais comum que costumo cometer é saltar acidentalmente uma ou duas fatias.
Como outras coisas, a segmentação é um processo de aprendizagem (e um pouco uma forma de arte). Em o nosso artigo, descobrimos que quando vários traçadores delineavam o mesmo pâncreas, a sua concordância era apenas de cerca de 80%, pelo que é de esperar que o seu trabalho possa não ser perfeito.
Uma coisa que gosto de dizer aos alunos é que, quando não tiver a certeza, dê o seu melhor palpite. Provavelmente, é mais exato do que pensa!