Dissertação de mestrado integrado em Engenharia Biomédica (área de especialização em Eletrónica Médica)Todas as áreas científicas que apoiam e suportam a medicina têm evoluído muito ao longo
dos anos. Uma dessas áreas é a Engenharia sendo indispensável para o eficaz e eficiente
funcionamento do que hoje conhecemos como Medicina Moderna.
A imagem médica, área muito explorada e dependente da Engenharia, tem evoluído muito e
atualmente é possível diagnosticar, tratar e melhorar procedimentos, diminuir o erro humano,
investigar com melhores práticas e até modelar próteses devido à evolução desta área. Isto tem
acontecido quer através do aperfeiçoamento dos equipamentos de aquisição de imagens
médicas, como também das técnicas de processamento de imagem usadas.
Hoje em dia, a Tomografia Computadorizada (modalidade da imagem médica) é usada como
exame de pré-diagnóstico para a correção do pectus excavatum, uma deformidade que ocorre na
parede do tórax. Contudo, a Tomografia Computadorizada não é benéfica para os pacientes
devido ao seu princípio físico de aquisição se basear em radiação, o que poderá originar a longo
prazo problemas de saúde graves. Como a correção do pectus excavatum é cada vez mais uma
cirurgia estética, onde o seu principal objetivo é evitar problemas psicológicos e de stress social
nas crianças e jovens adolescentes portadores desta deformidade, tem-se questionado a real
necessidade do uso da Tomografia Computadorizada.
Tendo em consideração a realidade descrita foi objetivo deste trabalho avaliar a possibilidade
de reconstruir um plano axial do tórax, contendo a grade costal, a partir de imagens por
ultrassons e recorrendo a técnicas de processamento imagem. O intuito desta reconstrução foi
eliminar a Tomografia Computadorizada do procedimento de modelação/dobragem automática
da prótese cirúrgica para a correção do pectus excavatum.
As técnicas e algoritmos de processamento de imagem usados e implementados, para obter
um plano axial a partir de várias imagens de ultrassons, basearam-se no realce das imagens
através de filtragem, no registo para obter as transformações entre imagens, na segmentação
das estruturas ósseas e na reconstrução do plano final a partir dos dados do registo e da
segmentação.
Os resultados preliminares obtidos, principalmente de imagens de um phantom,
demonstraram que é possível fazer reconstruções contendo informações das estruturas
presentes no plano adquirido, como também da curvatura do tórax. Imagens obtidas com o
phantom submerso em água demonstraram melhores resultados, onde as estruturas estão bem
definidas e as dimensões coincidem quando comparadas com a Tomografia Computadorizada. Dados in vivo, mostraram que é possível reconstruir planos contendo a informação anatómica,
no entanto, ainda não foi possível obter a curvatura real do tórax. Porém, o algoritmo de
segmentação das estruturas ósseas demonstrou ser capaz de realçar a superfície do osso.
Futuramente prevê-se a contínua otimização dos algoritmos, otimização dos parâmetros de
aquisição da imagem e utilização de equipamentos externos de apoio à aquisição de imagens.All the scientific areas that support medicine have evolved enormously over the years. One
such area is engineering, being indispensable for the effective and efficient functioning of what
we know today as modern medicine.
The medical imaging, a very explored and dependent area of the engineering, has greatly
progressed and nowadays it is possible to diagnose, treat, improve procedures, reduce human
error, investigate with best practices and model prosthesis due to developments in this area. This
has occurred by improving the imaging equipment as well as the medical image processing
techniques.
Nowadays, the Computed Tomography (medical image modality) is used as pre-diagnosis
examination for the correction of pectus excavatum, a deformity that occurs in the chest wall.
However, Computed Tomography is not beneficial for patients because its physical principle of
acquisition is based on radiation, which may lead to long-term serious health problems. As the
correction of pectus excavatum is more a cosmetic surgery, where its main objective is to avoid
psychological problems and social stress in children and young adolescents with this deformity, it
has been questioned the real need for the use of Computed Tomography.
Taking into account the described reality, the objective of this study was to evaluate the
possibility to reconstruct an axial plane of the chest with the rib cage using ultrasound images
and image processing techniques. The purpose of this reconstruction was to eliminate the
Computed Tomography from the procedure of automatic modeling/bending the prosthesis for
the surgical correction of pectus excavatum.
The image processing techniques and algorithms used and implemented to obtain an axial
plane, using several ultrasound images, were based in image enhancement using filtering
techniques, in registration to obtain the transformations between images, the segmentation of
bone structures and the reconstruction of the final plan from the data of registration and
segmentation.
The preliminary results, mostly from a phantom, showed that it is possible to make
reconstructions containing the information of the structures present in the scanned plan, as well
as the curvature of the chest. Acquired images with the phantom submerged in water exhibited
better results, where the structures are well defined and the dimensions match when compared
with Computed Tomography. In vivo data indicated that it is possible to reconstruct planes
containing the anatomical information, however, still cannot get the actual curvature of the chest. The segmentation algorithm of bone structures has been shown to enhance the surface of the
bone.
Hereafter, it is anticipated the continuous optimization of algorithms, the optimization of
image acquisition parameters and the use of external equipment to support the image
acquisition.Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT
