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Deteção automática de fraturas ósseas em imagens ultrassónicas
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A atual exposição da população mundial a radiação é um fator que não pode ser ignorado. Um dos maiores problemas da radiação é que a mesma é cumulativa, sendo de ter em consideração a radiação oriunda de outras fontes, como a radiação solar. A necessidade de se evitar ao máximo fontes de radiação deste género faz com que, se possível, se possam evitar técnicas de diagnóstico que impliquem o uso de radiação-ionizante, como é o caso dos raios-X. Esta necessidade ainda se torna maior quando os pacientes são crianças e jovens, onde o seu organismo ainda se encontra em desenvolvimento, tornando-os vítimas mais frágeis deste tipo de radiação.
O objetivo deste projeto de dissertação é a criação de um método de deteção automático de fraturas ósseas em ossos longos, recorrendo a imagens ultrassonográficas. O ultrassom é um tipo de onda que tem inúmeras aplicações em diferentes áreas (medicina, engenharia, ciência em geral, etc.) e é livre de radiação-ionizante. Adicionalmente, a instrumentação clinica de diagnóstico é de menor dimensão, maior facilidade de utilização, e maior economia, quando comparada com a instrumentação baseada em raio-X.
A presente tese de dissertação torna percetível o porquê de não se usar muito os ultrassons, sendo que um dos principais entraves à aplicação generalizada deste tipo de onda na identificação de fraturas ósseas é a dificuldade de interpretação das imagens, uma vez que as mesmas se encontram corrompidas com ruído. O tipo de ruído presente neste tipo de imagens é bastante característico das mesmas e tem a denominação de Speckle Noise, sendo este conhecido por dar um efeito de pequenos salpicos, em vários tons de cinza, na imagem toda.
Para atingir o objetivo global desta tese, consideraram-se três objetivos distintos: a eliminação de ruído da imagem, a deteção do osso e a deteção da fratura. A prossecução sequencial destes três objetivos permite a identificação da fratura óssea nas imagens ultrassónicas.
No que concerne a redução de Speckle Noise neste tipo de imagens, foram estudados alguns dos métodos existentes na literatura e comparados os seus resultados com um método desenvolvido especificamente para aplicação em imagens ultrassónicas de ossos longos. Os métodos selecionados de entre os da literatura abrangem tanto o domínio do tempo como o da frequência. O método proposto é totalmente no domínio do tempo e caracteriza-se por ser analiticamente simples e de fácil implementação computacional. A avaliação comparativa destes métodos considerou a capacidade dos mesmos preservarem na imagem três fatores: a informação radiométrica, a informação nos contornos da imagem e a resolução espacial da própria imagem. Os resultados demonstram que o método proposto – Simple Speckle Removal consegue reduzir o ruído Speckle das imagens de forma equivalente aos métodos de melhor performance já existentes, sendo simples de implementar e muito mais rápido computacionalmente.
O segundo objetivo, o da identificação do osso na imagem, foi conseguido mediante o desenvolvimento de uma técnica de rastreio de osso. Tal é conseguido percorrendo toda a extensão da imagem em busca de uma linha que traduza a forma do osso. Esta metodologia pode usar-se noutras aplicações em que se pretenda identificar um ‘caminho’ numa imagem.
O terceiro e último objetivo é o da identificação das fraturas ósseas. Para garantir a sua deteção foram desenvolvidos três métodos de pesquisa de fratura, os quais atuam em simultâneo. Dois destes métodos fazem a pesquisa associando pontos aleatórios da imagem, um considerando 3 pontos e o outro refinando a pesquisa recorrendo a 5 pontos. O terceiro método faz o rastreio da imagem percorrendo-a em toda a sua extensão em busca de descontinuidades significativas na linha do osso. As fraturas identificadas por cada um destes métodos são assinaladas na imagem original.
Assim, a conjugação destas três etapas desenvolvidas veio permitir que as imagens clinicas de ultrassom de fraturas ósseas, que sejam colocadas na entrada do algoritmo global desenvolvido, sejam devolvidas ao utilizador, em curto espaço de tempo, com as fraturas ósseas assinaladas. Os resultados demonstram que o método Simple Speckle Removal permite uma redução de cerca de 20% do tempo de execução do método com menor tempo de execução e equivalente desempenho em termos de avaliação visual da remoção do ruído de entre os métodos que já existiam publicados. Uma vez que, de entre as imagens disponíveis para teste dos algoritmos, 6 continham fraturas ósseas assinaladas clinicamente com setas e 2 apresentavam deformação e disrupção do tecido cortical, e, uma vez que o algoritmo assinala sempre os círculos sobre as imagens originais, verificaram-se 38% de falsos positivos no que concerne a identificação da localização da fratura óssea. O algoritmo proposto identificou corretamente (verdadeiros positivos) 63% das imagens.
Considera-se relevante dar continuidade a este trabalho de investigação, nomeadamente no que concerne o teste dos algoritmos desenvolvidos num leque mais variado de imagens ultrassónicas de possíveis fraturas em ossos longos, e, no aperfeiçoamento do algoritmo de identificação de fratura para evitar a identificação em localização anterior à da fratura, como ocorre atualmente.
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Keywords
Imagiologia médica Técnicas de diagnóstico Radiologia Imagens VS Ultrasons