Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM)
| Autor(a) principal: | |
|---|---|
| Data de Publicação: | 2013 |
| Tipo de documento: | Dissertação |
| Idioma: | eng |
| Título da fonte: | Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| Texto Completo: | http://hdl.handle.net/10451/10531 |
Resumo: | Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013 |
| id |
RCAP_126844497490cae9e8e694f972f596ff |
|---|---|
| oai_identifier_str |
oai:repositorio.ul.pt:10451/10531 |
| network_acronym_str |
RCAP |
| network_name_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository_id_str |
7160 |
| spelling |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM)Engenharia biomédica e biofísicaSinais e imagens médicasTeses de mestrado - 2013Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013O efeito fotoacústico foi apresentado pela primeira vez por Alexander Graham Bell em 1880. Este princípio enuncia que a absorção de ondas eletromagnéticas por um certo meio provoca uma sequência de eventos que culmina na geração de ondas sonoras. Desde a sua descoberta surgiram inúmeras aplicações fotoacústicas, entre as quais aplicações de imagiologia médica. Estes sistemas fotoacústicos utilizam os componentes óticos como sondas e os componentes acústicos como recetores do sinal gerado, produzindo imagens de carácter tomográfico, daí a designação atribuída – sistemas fotoacústicos tomográficos, do inglês photoacoustic tomogragphy (PAT). A fusão dos componentes óticos e acústicos minimiza algumas desvantagens que as modalidades apresentam individualmente e apresenta algumas vantagens relativamente às imagens captadas por sistemas puramente óticos ou puramente acústicos, uma vez que permitem reduzir a elevada dispersão dos fotões nos tecidos biológicos: os sistemas óticos apresentam bom contraste, mas fraca resolução, enquanto os sistemas acústicos apresentam boa resolução e bons níveis de penetração no tecido biológico. Fruto desta combinação, os sistemas fotoacústicos permitem visualizar a angiogênese, um dos principais fenómenos biológicos associados à vascularização tumoral. Tal visualização é possível devido ao aumento da concentração da hemoglobina que apresenta excelentes níveis de contraste ótico e uma boa resolução acústica, sem o recurso a agentes de contraste, nem a radiação ionizante. Por estas razões os sistemas PAT são considerados ideias para o rastreio e diagnóstico do cancro da mama. Dentro dos equipamentos médicos PAT destacam-se aqueles que utilizam como sonda ótica a radiação próxima dos infravermelhos, do inglês Near Infrared Light (NIR), cujo intervalo de comprimento de onda se situa entre os 750 e os 1400 nm. A utilização do comprimento de onda neste intervalo representa a optimização do compromisso entre a resolução espacial e a profundidade de alcance no tecido biológico. O departamento de imagiologia fotónica médica da Universidade de Twente ( department of Biomedical Photonic Imaging, MIRA Institute for Biomedical Technology and Technical Medicine of University of Twente, Netherlands) desenvolveu um equipamento médico que utiliza todos os princípios físicos PAT e radiação NIR – mamografia fotoacústica, do inglês Photoacoustic Mammoscope (PAM). O PAM apresenta algumas vantagens próprias, uma vez que, por exemplo, ao contrário dos restantes equipamentos médicos PAT não requer uma compressão excessiva da mama entre a janela de iluminação e o detetor acústico. O PAM utiliza como fonte ótica um laser da classe Q-switched Nd:YAG que opera com comprimentos de onda de 1064 nm com pulsos de 5 ou 10 ns e a uma taxa de repetição de 10 Hz. Relativamente à composição e funcionamento do seu sistema de receção acústico o PAM apresenta um detetor plano com 590 elementos (matriz circular) disposto numa geometria de pratos paralelos, o que facilita a sua comparação direta com imagens de mamografia convencional e digital. O PAM em associação com o algoritmo de reconstrução de imagem atraso e soma, do inglês delay and sum algorithm apresenta um alcance máximo em profundidade de 15 a 60 mm relativamente à superfície de iluminação, dependente do tamanho e contraste do objeto absorvente e uma resolução espacial (lateral ou axial) de 3 a 4 mm, dependente da profundidade do objeto absorvente. Os primeiros testes piloto foram efetuados em 2007. Apesar de bem-sucedidos relativamente aos objetivos de funcionalidade, o tempo de medição foi considerado excessivo (25 min). Tendo como ponto de partida os testes piloto, iniciaram-se em Dezembro de 2010 um conjunto de testes clínicos de maior escala no Hospital de Oldenzaal (Center for Breast Care of the Medisch Spectrum Twente Hospital in Oldenzaal, Netherlands). O objetivo passa por incluir em três fases distintas 100 pacientes até 2014. Os pacientes no seu trajeto clinico normal entre os testes de radiologia convencional (raios-x e ultrassons) e a biópsia são questionados a participar no estudo. As imagens das diferentes modalidades são posteriormente comparadas entre si. A 1ª fase dos testes clínicos (Dezembro, 2010- Abril, 2011) já terminada permitiu retirar três conclusões: a performance do PAM é independente da densidade mamária; os quistos não apresentam contraste suficiente; as dimensões das lesões visualizadas no PAM são inferiores às dimensões resultantes da histopatologia. Por sua vez, a 2º fase dos testes clínicos (Abril, 2011 - Abril, 2012) procurava testar duas configurações de scan: “fixed scan” em que o feixe de luz é mantido fixo durante todo o processo de medição; “Tandem Scan” em que o feixe de luz se move ao longo da ROI. Durante esta fase foi possível concluir que a configuração “fixed scan” era mais vantajosa permitindo, entre outras vantagens, diminuir o signal-noise ratio e aumentar o contraste. A 3º fase de testes encontra-se a decorrer. As principais alterações nesta fase estão relacionadas com o número de elementos do detetor acústico ativados de cada vez, uma vez que passou de 1 para 10, resultando numa diminuição do tempo de duração de cada teste de 25 min para 10 min. Além dos testes clínicos, 3 estudos utilizando métodos de health tecnhology assessement (HTA) foram realizados. Um deles realizado por Haakma W. 2011 - “Expert Elicitation to Populate Early Health Economic Models of Medical Diagnostic Devices in Development”. Neste estudo foram utilizados modelos matemáticos para aglomerar as opiniões de 18 radiologistas com experiência em imagiologia mamária sobre a performance do PAM ao nível da sua sensibilidade e especificidade. Os resultados obtidos estão contidos no intervalo de confiança de 95%. Os testes clínicos efetuados conjuntamente com os estudos de HTA já realizados (que facultam estimativas de performance do PAM) não dão indicações sobre o custo-eficácia (do inglês cost-effectiveness) da utilização do PAM nos diferentes cenários no trajeto de rastreio e de diagnóstico do cancro da mama, bem como nos diferentes grupos de risco. Foi este contexto que estimulou a principal questão desta tese: Quais são os melhores potenciais cenários de utilização do PAM no trajeto de rastreio e de diagnóstico do cancro da mama do ponto de vista económico? Para responder a esta questão foi utilizado o método económico de análise de custo-eficácia (do inglês cost-effectiveness analysis) em diferentes potencias cenários de aplicação aglomerados em 3 grupos e em dois contextos económicos e epidemiológicos distintos (Portugal e Holanda): Grupo I, Grupo II e Grupo III. O Grupo I inclui o rastreio (efetuada pela mamografia convencional ou digital), o diagnóstico precoce (efetuado pela mamografia convencional ou digital + exame ultrassonográfico + exame clínico) e o diagnóstico tardio (Ressonância Magnética) no trajeto clínico regular em pacientes sem níveis de risco extraordinários de desenvolver cancro da mama. O Grupo II contempla os cenários de rastreio de diferentes grupos de risco avaliados conforme a probabilidade de desenvolver a doença. O Grupo III é uma réplica do Grupo I com a diferença que não procura testar o PAM com os dados de performance estimados, mas sim com dados hipotéticos em que a performance é assumida como sendo 5% melhor do que as técnicas utilizadas geralmente (Status- Quo). A análise de custo- eficácia foi realizada através da simulação de percursos de vida durante horizontes temporais pré-determinados em que cada cenário é testado através de 100.000 micro-simulações Monte Carlo. Os diferentes dados necessários para modelar e avaliar o percurso de vida, desde os custos associados às diferentes técnicas e tratamentos às performances para diferentes modalidades envolvidas foram recolhidas da literatura utilizando critério pré-definidos. Os resultados para cada cenário em cada contexto são dados em custo/ por QALY, em que o QALY (Quality -adjusted life year) equivale a um ano de vida num estado de perfeita saúde. A avaliação de cada estado/passo no modelo é feita através das utilities que avaliam cada estado/passo no modelo, permitindo obter uma total de QALY’s em cada microsimulação realizada durante um dado horizonte temporal. A ponderação da viabilidade de cada cenário em termos de custo- eficácia é sempre efetuada mediante a análise dos respectivos ICER’s (Incremental cost-effectiveness ratio) relativamente ao status quo. De uma forma geral, o estudo efetuado permitiu concluir que o PAM apresenta rácios de custo- eficácia viáveis em 2 cenários do grupo II: no grupo de indivíduos de alto risco com mamas densas com idades compreendidas entre os 40 e os 59 anos e no grupo de indivíduos de médio risco com mamas densas com idades compreendidas entre os 40 e os 49 anos. Por outro lado, os resultados obtidos com o grupo III de cenários permitiu concluir que a melhoria em 5% da performance dos equipamentos utilizados presentemente (satus-quo) com os custos do PAM permite obter rácios de custo-eficácia viáveis em todos os cenários do trajeto regular de rastreio e de diagnóstico do cancro da mama (rastreio, diagnóstico precoce e diagnóstico tardio).Breast cancer is one of the most common forms of cancer and one of the main causes of cancer death among females. The breast imaging standard procedures - X-ray mammography, MRI or ultrasound - suffer from some shortcomings such as insufficient specificity or sensitivity or carcinogenic risks (X-ray mammography) and high costs (MRI). Several alternatives have been suggested, among which photoacoustic technologies with near infrared (NIR) light are included. The medical photoacoustic devices merge the advantages of pure optic devices and of pure acoustic devices minimizing the respective disadvantages. Furthermore, the photoacoustic imaging can visualize the angiogenseis due to the associated increased hemoglobin concentration, with optical contrast and acoustic resolution, without the use of ionizing radiation or contrast agents and is therefore theoretically considered an ideal method for breast imaging. Under this principle, the department of Biomedical Photonic Imaging of University of Twente has designed an innovative device – The Twente Photoacoustic Mammoscope (PAM). The PAM optical source is a Q-switched Nd:YAG laser operating at 1064 nm with 5/ 10 ns pulses and a 10 Hz repetition rate. For acoustic signal reception PAM has a flat array ultrasound detector with 590 elements in a parallel plate geometry. The measured lateral and axial resolution is 2.3 to 3.9 mm and 2.5 to 3.3. mm respectively. The assessment of PAM is in process and can be placed at the main stream HTA – phase I: The first of 3 phases of clinical trials has started in December 2010 and so far, 3 HTA studies were conducted to assess the viability of its clinical implementation. However the cost-effectiveness of PAM is still unknown. The aim of this project is to implement and evaluate Markov models through Monte Carlo simulation in order to assess the cost-effectiveness of PAM in different scenarios. The tested scenarios were aggregated in 3 distinct groups: in the regular stages of the clinical pathway of breast cancer – screening, early diagnosis and late diagnosis – named Group I, and in the screening of multiple groups of high to moderate risk of breast cancer as suggested by the guidelines, named Group II. The last group of scenarios- Group III had the purpose of measuring the cost-effectiveness for a hypothetical technology that has sensitivities or specificities 5% higher than the standard of care and the same cost of PAM. The scenarios were tested simultaneously in 2 different epidemiological and economical contexts: Portugal and Netherlands. The obtained results for the different scenarios were analysed, specifically the CE ratio and the ICER ratio considering a willingness to pay threshold for each country. The cost-effectiveness results suggest that the clinical application of PAM is viable in high to moderate risk groups of breast cancer with dense breasts. Therefore, the future PAM design and development should continue to pursuit a constant effectiveness in dense and non dense breasts because it is one of the major competitive advantages of PAM.Ijzerman, Maarten J.Matela, Nuno Miguel de Pinto Lobo e, 1978-Repositório da Universidade de LisboaBraz, Gil Eduardo Rocha2014-02-13T15:54:19Z20132013-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/10531TID:201290251enginfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T15:56:05Zoai:repositorio.ul.pt:10451/10531Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:34:31.883807Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse |
| dc.title.none.fl_str_mv |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| title |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| spellingShingle |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) Braz, Gil Eduardo Rocha Engenharia biomédica e biofísica Sinais e imagens médicas Teses de mestrado - 2013 |
| title_short |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| title_full |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| title_fullStr |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| title_full_unstemmed |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| title_sort |
Modeling key uncertainties in technology development: the case of twente photoacoustic mammoscope (PAM) |
| author |
Braz, Gil Eduardo Rocha |
| author_facet |
Braz, Gil Eduardo Rocha |
| author_role |
author |
| dc.contributor.none.fl_str_mv |
Ijzerman, Maarten J. Matela, Nuno Miguel de Pinto Lobo e, 1978- Repositório da Universidade de Lisboa |
| dc.contributor.author.fl_str_mv |
Braz, Gil Eduardo Rocha |
| dc.subject.por.fl_str_mv |
Engenharia biomédica e biofísica Sinais e imagens médicas Teses de mestrado - 2013 |
| topic |
Engenharia biomédica e biofísica Sinais e imagens médicas Teses de mestrado - 2013 |
| description |
Tese de mestrado integrado em Engenharia Biomédica e Biofísica, apresentada à Universidade de Lisboa, através da Faculdade de Ciências, 2013 |
| publishDate |
2013 |
| dc.date.none.fl_str_mv |
2013 2013-01-01T00:00:00Z 2014-02-13T15:54:19Z |
| dc.type.status.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/publishedVersion |
| dc.type.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/masterThesis |
| format |
masterThesis |
| status_str |
publishedVersion |
| dc.identifier.uri.fl_str_mv |
http://hdl.handle.net/10451/10531 TID:201290251 |
| url |
http://hdl.handle.net/10451/10531 |
| identifier_str_mv |
TID:201290251 |
| dc.language.iso.fl_str_mv |
eng |
| language |
eng |
| dc.rights.driver.fl_str_mv |
info:eu-repo/semantics/openAccess |
| eu_rights_str_mv |
openAccess |
| dc.format.none.fl_str_mv |
application/pdf |
| dc.source.none.fl_str_mv |
reponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação instacron:RCAAP |
| instname_str |
Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| instacron_str |
RCAAP |
| institution |
RCAAP |
| reponame_str |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| collection |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) |
| repository.name.fl_str_mv |
Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informação |
| repository.mail.fl_str_mv |
|
| _version_ |
1799134240003063808 |