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Publicado em: 21/05/2008

Computador faz triagem em imagens de tomografias

Vilma Homero

Imagine o laboratório de um grande hospital, em que um médico precisa analisar manualmente um sem-

CBPF/Unesp

Processamento de imagens, em que    tecido ósseo e órgãos são visíveis

número de exames para dar os respectivos laudos. Agora, pense na possibilidade de um programa de computador que processa dezenas, centenas de imagens, selecionando aquelas em que identifica a presença de tumor e, com isso, reduzindo significativamente o trabalho do médico. O programa existe. E sua técnica, resultado do desenvolvimento de novos instrumentos científicos, é parte das atividades do Laboratório de Processamento de Sinais e Imagens (LPDSI), do Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas (CBPF/MCT). A partir de imagens, a equipe do laboratório desenvolve instrumentos que permitem tanto o estudo de propriedades de materiais – avaliando, por exemplo, sua resistência, topologia e resistência – quanto a caracterização de arcos gravitacionais em imagens de aglomerados de galáxias.

Embora tenhamos nos acostumado a pensar no computador como um instrumento capaz de processar facilmente todo e qualquer tipo de dado, a tarefa tem sido um desafio para especialistas de áreas como a física, a engenharia e a informática. "Ao olhar para uma cena, qualquer pessoa é capaz de identificar o que vê e estabelecer as possíveis relações entre as pessoas e os objetos da imagem. Isso porque o cérebro humano é eficiente na extração de significados. Para um computador, isso é bem mais complicado, já que a máquina não é capaz de analisar, mas apenas de procurar similaridades entre as imagens dadas", explica Márcio Portes de Albuquerque, que tem trabalhado para desenvolver tecnologias nessa área. Em "Processamento de imagens e visão por computador", ele e sua equipe vêm elaborando técnicas de instrumentação científica em que a base é justamente a análise de sinais e imagens.

"Como as máquinas são mais aptas na quantificação de parâmetros físicos, como as quantidades de determinado elemento, ângulos, topologia etc., uma das grandes vantagens do processamento digital de imagens é a automatização de tarefas repetitivas e em grande volume", exemplifica.

Além das aplicações citadas, o laboratório desenvolve também técnicas de reconhecimento de padrões por modelos entrópicos, uma área que recentemente ganhou enorme impulso devido à proposta de um conceito inovador de entropia pelo físico brasileiro Constantino Tsallis. "A entropia é um conceito básico da física, que informa o quanto um sistema é ordenado ou desordenado. Está relacionada com a quantidade de informação necessária para caracterizar um sistema. Dessa forma, quanto maior a entropia, mais informações são necessárias para descrevermos um sistema", explica Márcio.

O processamento de uma imagem é implementado em uma seqüência de etapas. É preciso inicialmente adquirir as imagens com as quais se deseja trabalhar, proceder a um pré-processamento, segmentar seus elementos de interesse e efetuar uma etapa de pós-processamento. Depois, é preciso extrair atributos aos elementos já segmentados, classificá-los e reconhecê-los. "A imagem digital pode ser obtida por meio de uma variedade de dispositivos físicos, como câmeras, equipamentos de radiografia, microscópios eletrônicos, magnéticos ou de força atômica, radares ou equipamentos de ultra-som, entre vários outros", enumera Márcio. Ele explica que, na prática, essas imagens são matrizes de números, e cada elemento dessa matriz é denominado pixel. A partir daí, vários tipos de processamentos podem ser realizados por algoritmos computacionais. "O processamento propriamente dito começa na etapa de segmentação da imagem, ou seja, quando se separa e se destaca o que ela tem de relevante. O que é relevante depende da finalidade do processamento", prossegue.

Ao final, será possível analisar as informações obtidas, reconhecendo-se, por exemplo, a classe dos objetos presentes (caso haja mais de um objeto considerado importante) e quantificá-los não só quanto ao número, mas também quanto a tamanho, vizinhança, fatores de forma, ângulo de orientação, etc. "Isso é importante, por exemplo, ao analisarmos uma imagem de microscopia eletrônica em que estão presentes dois tipos de bactérias. No processo de binarização, elas ficam brancas, enquanto o fundo, sem interesse para estudo, permanece preto. Informando-se previamente quais os tipos de bactéria a isolar – as esféricas e as em forma de bastão, por exemplo –, o computador as separa e fornece as informações desejadas", diz o físico.

Outra aplicação é a reconstrução tridimensional de formas a partir da segmentação de objetos em imagens de tomografia por raio-X. "Na imagem de uma tomografia, é possível isolar-se as partes moles, ossos e as cavidades de ar. Podem-se juntar esses objetos em cada uma das imagens bidimensionais e reconstruir, a partir daí, a imagem tridimensional completa", fala. (Imagem 2)

Paralelamente a tudo isso, outra iniciativa do grupo foi a de criar, no CBPF, o Núcleo de Inovação Tecnológica, em parceria com outros dois institutos do Ministério da Ciência e Tecnologia, o Laboratório Nacional de Computação Científica (LNCC) e o Observatório Nacional (ON). Marcio explica por quê. "Instituições de pesquisa científica, como o próprio CBPF, têm grande potencial no desenvolvimento de tecnologias que podem alcançar o setor produtivo da sociedade. Mas, para isso, é preciso haver nas instituições um setor específico, que conheça as particularidades e os caminhos estabelecidos pela lei de inovação do governo federal, de 2004.

Com o núcleo, o objetivo foi criar mecanismos de transferência de tecnologia entre os institutos e o setor produtivo. "Acho que criamos um caminho para que os pesquisadores do CBPF possam chegar ao setor produtivo. No CBPF, já existem tecnologias maduras com forte potencial de se tornarem produtos com ciência agregada. Diversas patentes já foram solicitadas pela instituição e a criação de núcleos de inovação tecnológica também tem acontecido em várias outras instituições em todo o Brasil", diz. "Toda esta atividade também produzirá mão-de-obra qualificada para o mercado e certamente gerará novos pedidos de patente para o CBPF e demais instituições", conclui.