A study of the image formation model and noise characterization in SPECT imaging. Applications to denoising and epileptic foci localization

Abstract

La epilepsia es una enfermedad neurológica que produce de forma espontanea repetidas alteraciones del funcionamiento normal del cerebro. La epilepsia refractaria es un tipo de epilepsia que no puede ser controlada con medicacion. Dichos pacientes se ven imposibilitados de llevar una vida normal por la elevada frecuencia de sus crisis. En particular, los pacientes pediatricos pueden tener consecuencias severas sobre el neurodesarrollo. En estos casos se considera la cirugía para remover las celulas anormales causantes de las crisis. Esta tecnica requiere una localizacion previa precisa de la region del cerebro donde se origina las crisis. Imagenes SPECT de la actividad cerebral, durante y entre crisis, son obtenidas utilizando radiotrazadores que se acumulan y quedan fijos de forma proporcional al flujo sanguíneo cerebral local al momento de su administracion. La tecnica mas utilizada para detectar los focos epileptogenos es umbralizar la diferencia de estas imagenes, corregistrada y normalizada. Este metodo ha demostrado gran utilidad, pero presenta algunas desventajas: los resultados dependen fuertemente del umbral elegido y presenta un alto numero de falsas detecciones. Ademas, la eleccion del umbral no tiene una solida base estadistica. En esta tesis se presenta un modelo matematico de la formacion de las imagenes de SPECT y una caracterizacion estadistica de las mismas. El modelo estadistico y las hipotesis realizadas son validadas por medio de tests estadisticos no parametricos. Dicho modelo es luego aplicado al problema de la localizacion de focos epileptogenos utilizando un metodo basado en la teoria de a-contrario y el mejoramiento de la calidad de las imagenes de SPECT a traves de la remocion de ruido en las mismas. Ambas tecnicas, la propuesta para realizar la deteccion y la remocion de ruido, son evaluadas en fantomas y casos reales y validadas por un medico experto con profundo conocimiento de la historia clinica de los pacientes. Los resultados son prometedores: la localizacion de los focos epileptogenos muestra mejores resultados que la tecnica clasica de umbralizacion, y el metodo de remocion de ruido parece mejorar globalmente la calidad de las imagenes de SPECT.