Cientistas desenvolvem simuladores de mamas para diminuir riscos para pacientes e facilitar pesquisas
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Título para divulgação do texto
Cientistas desenvolvem simuladores de mamas para diminuir riscos para pacientes e facilitar pesquisas
Título original da pesquisa
Construção de Simuladores de Mama do tipo Voxel, através de Imagens Tomográficas
Imagem de capa
Revisão de texto
Autores do texto original
Resumo
Neste estudo, os pesquisadores buscam desenvolver simuladores de mamas para diminuir riscos em pacientes e facilitar pesquisas.
Tipo
Projeto de pesquisa
O que é a pesquisa?
Em Medicina utilizam-se radiações ionizantes (radiações que interagem com os átomos que compõem o corpo humano e arrancam elétrons das estruturas atômicas) e não ionizantes (radiações que interagem com os átomos do corpo humano e não possuem energia suficiente para arrancar os elétrons da estrutura atômica) para melhorar o diagnóstico e, conseqüentemente, o tratamento de diversas doenças. O exemplo típico é o das radiografias.
Em muitos casos, com o auxílio da simulação computacional, é possível obter um modelo virtual, no qual pode-se explorar diferentes possibilidades das técnicas médicas a serem aplicadas, sem expor desnecessariamente os pacientes aos possíveis riscos decorrentes da exposição à radiação.
Os simuladores de órgãos são um grupo de arquivos de dados em forma de matriz que substituem virtualmente os órgãos reais em testes, pesquisas, experiências, etc.
Atualmente existem simuladores capazes de representar cada órgão do corpo humano, e simuladores que representam o corpo humano inteiro. A importância da criação de simuladores reside justamente na diminuição de riscos para os pacientes.
Nesta pesquisa, cientistas do Grupo de Física Médica Hospitalar da Faculdade de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), apoiados por médicos do Centro de Diagnóstico por Imagem (CDI) do Hospital São Lucas (pertencente à mesma Universidade) e pesquisadores do Laboratório de Ciências Radiológicas (LCR) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) buscaram desenvolver, com base em imagens geradas através de Ressonância Magnética Nuclear - RMN - simuladores virtuais antropomórficos (formatos humanos) de mamas, com suas diferentes composições de tecido, de mulheres de faixas etárias variadas.
Em muitos casos, com o auxílio da simulação computacional, é possível obter um modelo virtual, no qual pode-se explorar diferentes possibilidades das técnicas médicas a serem aplicadas, sem expor desnecessariamente os pacientes aos possíveis riscos decorrentes da exposição à radiação.
Os simuladores de órgãos são um grupo de arquivos de dados em forma de matriz que substituem virtualmente os órgãos reais em testes, pesquisas, experiências, etc.
Atualmente existem simuladores capazes de representar cada órgão do corpo humano, e simuladores que representam o corpo humano inteiro. A importância da criação de simuladores reside justamente na diminuição de riscos para os pacientes.
Nesta pesquisa, cientistas do Grupo de Física Médica Hospitalar da Faculdade de Física da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul (PUCRS), apoiados por médicos do Centro de Diagnóstico por Imagem (CDI) do Hospital São Lucas (pertencente à mesma Universidade) e pesquisadores do Laboratório de Ciências Radiológicas (LCR) da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (UERJ) buscaram desenvolver, com base em imagens geradas através de Ressonância Magnética Nuclear - RMN - simuladores virtuais antropomórficos (formatos humanos) de mamas, com suas diferentes composições de tecido, de mulheres de faixas etárias variadas.
Como é feita a pesquisa?
Para a realização deste trabalho utilizou-se um equipamento de Ressonância Magnética Nuclear, o conhecimento das técnicas de segmentação (isto é, de corte) comumente aplicadas a estruturas anatômicas e o conhecimento da anatomia da região segmentada.
Nesse caso, a estrutura anatômica a ser segmentada, isto é, a mama, tem tecidos constituintes com densidades próximas. A densidade de um material é definida como o volume que esse material apresenta para uma certa quantidade definida de massa (densidade = volume/massa). Tecidos diferentes apresentam densidades diferentes. Por exemplo, os ossos apresentam uma densidade maior do que os tecidos musculares ou a gordura do corpo. O estudo das técnicas de segmentação a serem utilizadas foi dirigido para este tipo específico de estruturas (estruturas com densidades próximas).
Também foi utilizado um programa digital gráfico que possibilita visualizar as matrizes de dados das imagens (isto é, os dados básicos que constituem cada imagem) e alterá-las, através da aplicação das técnicas de segmentação, possibilitando ainda fazer as correções necessárias manualmente.
As imagens originais das mamas de voluntárias foram, então, obtidas num equipamento de Ressonância Magnética Nuclear da marca Siemens, modelo Magneton Vision Plus, disponível no Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.
Para a geração dessas imagens originais foram usados os mesmos parâmetros do protocolo (isto é, os mesmos procedimentos padrão) de registro de imagens de mama, utilizados no Hospital.
Depois, foram selecionadas as áreas de interesse das imagens adquiridas e gerado um novo grupo de imagens, com as seleções. A partir de então, o método de segmentação foi aplicado a todas as imagens desse grupo.
Esse método de segmentação consistiu em aplicar uma série de filtros matemáticos, que permitem ocultações parciais, sobre as imagens com a finalidade de identificar cada ponto dessas imagens e relacioná-lo com características como volume e tipo de tecido que compõe a imagem da mama.
Alguns ajustes tiveram que ser realizados manualmente devido a ruídos do sinal original, a limitações do programa e ao método de segmentação utilizado. Os simuladores de mamas, portanto, foram desenvolvidos semi-automaticamente.
Isso significa que o processo pode ser demorado, dependente de conhecimentos de anatomia e de processos de segmentação. Um dos problemas mais significativos na segmentação das imagens, para geração dos simuladores de mamas, é que cada grupo de imagens possui características particulares e, por isso, tiveram de ser efetuadas alterações no programa básico para cada um desses grupos.
A reconstrução das imagens em posições diferenciadas fez com que cada imagem apresentasse características próprias de geometria que alteraram os indicadores de posicionamento usados durante a segmentação. Isso trouxe a necessidade de alterar a estrutura do programa para cada mama a ser segmentada.
Nesse caso, a estrutura anatômica a ser segmentada, isto é, a mama, tem tecidos constituintes com densidades próximas. A densidade de um material é definida como o volume que esse material apresenta para uma certa quantidade definida de massa (densidade = volume/massa). Tecidos diferentes apresentam densidades diferentes. Por exemplo, os ossos apresentam uma densidade maior do que os tecidos musculares ou a gordura do corpo. O estudo das técnicas de segmentação a serem utilizadas foi dirigido para este tipo específico de estruturas (estruturas com densidades próximas).
Também foi utilizado um programa digital gráfico que possibilita visualizar as matrizes de dados das imagens (isto é, os dados básicos que constituem cada imagem) e alterá-las, através da aplicação das técnicas de segmentação, possibilitando ainda fazer as correções necessárias manualmente.
As imagens originais das mamas de voluntárias foram, então, obtidas num equipamento de Ressonância Magnética Nuclear da marca Siemens, modelo Magneton Vision Plus, disponível no Hospital São Lucas da Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul.
Para a geração dessas imagens originais foram usados os mesmos parâmetros do protocolo (isto é, os mesmos procedimentos padrão) de registro de imagens de mama, utilizados no Hospital.
Depois, foram selecionadas as áreas de interesse das imagens adquiridas e gerado um novo grupo de imagens, com as seleções. A partir de então, o método de segmentação foi aplicado a todas as imagens desse grupo.
Esse método de segmentação consistiu em aplicar uma série de filtros matemáticos, que permitem ocultações parciais, sobre as imagens com a finalidade de identificar cada ponto dessas imagens e relacioná-lo com características como volume e tipo de tecido que compõe a imagem da mama.
Alguns ajustes tiveram que ser realizados manualmente devido a ruídos do sinal original, a limitações do programa e ao método de segmentação utilizado. Os simuladores de mamas, portanto, foram desenvolvidos semi-automaticamente.
Isso significa que o processo pode ser demorado, dependente de conhecimentos de anatomia e de processos de segmentação. Um dos problemas mais significativos na segmentação das imagens, para geração dos simuladores de mamas, é que cada grupo de imagens possui características particulares e, por isso, tiveram de ser efetuadas alterações no programa básico para cada um desses grupos.
A reconstrução das imagens em posições diferenciadas fez com que cada imagem apresentasse características próprias de geometria que alteraram os indicadores de posicionamento usados durante a segmentação. Isso trouxe a necessidade de alterar a estrutura do programa para cada mama a ser segmentada.
Qual a importância da pesquisa?
Um grupo de três simuladores antropomórficos virtuais foi formado com mamas de diferentes composições e geometrias (comprimidas e não comprimidas). Quando se realiza um exame de mamografia a mama da paciente é comprimida para que a imagem da mama seja registrada em um filme. Isso é realizado para diminuir a radiação espalhada e aumentar a qualidade da imagem, ou seja, é feito para que a imagem da mama, com todas a suas características anatômicas, possa ser analisada pelo médico a fim de gerar um diagnóstico correto.
As características gerais de cada simulador de mama são: um grupo de dados matriciais ordenados, de arquivos do tipo ASCII, onde um número foi dado a cada tecido que compõe a mama.
Este tipo de salvamento gera um tipo de arquivo fácil de acoplar a programas de simulação, e que pode ser facilmente compactado, facilitando seu salvamento, envio e divulgação.
Essa facilidade de manipulação e operação é um dado importante dessa pesquisa. De fato, nenhum dos grupos de arquivos gerados, depois de compactados, excedeu 300Kb de tamanho máximo. Além disso, os padrões de números identificadores desses arquivos permitem a observação em vários cortes (posições).
Como mostram mamas comprimidas e não comprimidas, outra vantagem é que os simuladores desenvolvidos podem ser utilizados para os mais diversos tipos de simulação.
As características gerais de cada simulador de mama são: um grupo de dados matriciais ordenados, de arquivos do tipo ASCII, onde um número foi dado a cada tecido que compõe a mama.
Este tipo de salvamento gera um tipo de arquivo fácil de acoplar a programas de simulação, e que pode ser facilmente compactado, facilitando seu salvamento, envio e divulgação.
Essa facilidade de manipulação e operação é um dado importante dessa pesquisa. De fato, nenhum dos grupos de arquivos gerados, depois de compactados, excedeu 300Kb de tamanho máximo. Além disso, os padrões de números identificadores desses arquivos permitem a observação em vários cortes (posições).
Como mostram mamas comprimidas e não comprimidas, outra vantagem é que os simuladores desenvolvidos podem ser utilizados para os mais diversos tipos de simulação.
Área do Conhecimento
Ciências da Saúde
Palavras-chave – Entre 3 a 5 palavras
Portuguesa
Simulador
Portuguesa
Ressonância magnética
Portuguesa
Imagem
Portuguesa
Mama
ODS
ODS 3: Saúde e Bem-Estar
ODS 9: Indústria, Inovação e Infraestrutura
Referência da Pesquisa Original
HOFF, Gabriela; CASSOLA, Vagner Ferreira; ALMEIDA, Carlos Eduardo Veloso. Construção de Simuladores de Mama do tipo Voxel, através de Imagens Tomográficas. 2003.
Data da publicação do texto de divulgação
September 22, 2003