Mestrado em Engenharia Biomédica
Análise Computacional de Imagens de
Ressonância Magnética Funcional
Monografia
Gabriela Coelho de Pinho Queirós
Porto, 15 de Julho de 2011
Análise Computacional de Imagens de Ressonância
Magnética Funcional
Dissertação realizada no âmbito da disciplina de Monografia do Mestrado em
Engenharia Biomédica da Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto
Gabriela Coelho de Pinho Queirós
Licenciada em Bioengenharia pela Escola Superior de Biotecnologia da
Universidade Católica Portuguesa
Orientador:
João Manuel R. S. Tavares
Prof. Auxiliar do Departamento de Engenharia Mecânica da Faculdade de
Engenharia da Universidade do Porto
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Resumo
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 3
Resumo:
Esta Monografia, realizada no âmbito da disciplina de Monografia do
Mestrado em Engenharia Biomédica enquadra-se no domínio das metodologias
e sistemas computacionais para análise de imagens e os seus principais
objectivos foram a realização de um primeiro estudo bibliográfico para uma
melhor familiarização com o tema a ser desenvolvido durante o próximo ano
lectivo no âmbito da Tese. Sabendo que as imagens obtidas a partir da
tecnologia de Ressonância Magnética Funcional permitiram um grande avanço
na medicina relativamente ao conhecimento do funcionamento do cérebro,
tornou-se pertinente estudá-la nomeadamente como método de investigação
dos efeitos da Acupunctura. Isto permitiu também adquirir conhecimentos
relativos ao processamento das imagens que será necessário durante o
desenvolver da dissertação.
Palavras-chave: fMRI, Análise Computacional, Processamento de Imagem,
Acupunctura, Cérebro
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Agradecimentos
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 4
Agradecimentos
Ao Professor João Tavares, por toda a disponibilidade e apoio para a
realização deste trabalho.
A todos aqueles que de uma maneira mais ou menos presente me
apoiaram durante o período de todo o seu desenvolvimento.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 5
Índice:
Resumo .............................................................................................................. 3
Agradecimentos ................................................................................................. 4
Índice de Figuras ................................................................................................ 6
Índice de Tabelas ............................................................................................... 7
Glossário ............................................................................................................ 8
Capítulo 1 – Introdução ...................................................................................... 9
1.1 – Enquadramento e Objectivos ............................................................. 9
1.2 – Contextualização Histórica .............................................................. 10
Capítulo 2 – Ressonância Magnética ............................................................... 13
2.1 – Princípios Físicos ............................................................................. 13
2.2 – Princípios de Instrumentação .......................................................... 19
2.3 – Aplicações da Ressonância Magnética........................................... 22
Capítulo 3 – Ressonância Magnética Funcional .............................................. 23
3.1 – O Cérebro (Bases de Anatomia e Fisiologia) .................................. 23
3.2 – Aplicações da fMRI ........................................................................... 27
3.2.1 – Organização de um estudo de fMRI ....................................... 28
Capítulo 4 – Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura ........................... 30
Capítulo 5 – Processamento dos dados de fMRI ............................................. 32
5.1 – Pré-Processamento .......................................................................... 32
5.1.1 – Correcção do movimento ........................................................ 33
5.1.2 – Correcção temporal ................................................................. 33
5.1.3 – Suavização espacial ................................................................ 33
5.2 – Segmentação ..................................................................................... 34
Capítulo 6 – Considerações finais e Perspectivas futuras ............................... 37
Bibliografia ........................................................................................................ 38
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 6
Índice de Figuras:
Figura 1 – Scanner de MRI MAGNETOM Symphony (Madihally, 2010). ......... 10
Figura 2 – Scanner de MRI “aberto”, MAGNETOM C!, Open MRI (Madihally,
2010). ............................................................................................................... 11
Figura 3 – Representação do momento angular de ......................................... 13
Figura 4 – Representação da magnetização microscópica de um núcleo (Prince
& Links, 2005) .................................................................................................. 14
Figura 5 – Representação dos protões de forma aleatória .............................. 15
Figura 6 - Alinhamento dos protões após serem colocados sob um campo
magnético forte (B0).......................................................................................... 15
Figura 7 – Representação da frequência precessão dos protões em torno do
eixo z do campo magnético forte (B0)............................................................... 15
Figura 8 – Variação da relaxação longitudinal ao longo do tempo (Mazzola,
2009) ................................................................................................................ 16
Figura 9 – Variação da magnetização no plano transversal ao longo do tempo
(Mazzola, 2009) ................................................................................................ 16
Figura 10 – Diagrama da sequência de impulsos para gerar spin ecos (Prince &
Links, 2005) ...................................................................................................... 17
Figura 11 – Decaimento livre de indução, causado pela relaxação transversal
(Prince & Links, 2005). ..................................................................................... 18
Figura 12 – Organização de um sistema típico de MRI (Khandpur, 2004) ....... 19
Figura 13 – Esquema da constituição de um íman supercondutor (Prince &
Links, 2005) ...................................................................................................... 20
Figura 14 – Diagrama de blocos do sistema de detecção (Khandpur, 2004) ... 21
Figura 15 – Consola de operação do scanner de MRI (Prince & Links, 2005) . 21
Figura 16 – Esquema da construção de um scanner de MRI (Bronzino, 2000) 22
Figura 17 – Ilustração do cérebro humano. ...................................................... 23
Figura 18 – Divisão dos lobos cerebrais. ......................................................... 24
Figura 19 – Visualizações lateral e medial dos hemisférios cerebrais
(Ramachandran, 2002). ................................................................................... 26
Figura 20 – Aplicação de um kernel de suavização Gaussiano 3-D ................ 34
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Índices
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 7
Índice de Tabelas:
Tabela 1 – Valores da Razão Giromagnética ................................................... 14
Tabela 2 – Valores aproximados de T1 e T2 para diferentes tecidos (Hobbie &
Roth, 2007) ....................................................................................................... 17
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Glossário
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 8
Glossário:
1H – Hidrogénio
2D – Duas dimensões
B0 – campo magnético
BOLD – Blood oxygenation level dependent
CT – Tomografia Computorizada (Computed Tomography)
dHb – Desoxihemoglobina
FID – decaimento livre de indução
fMRI – Ressonância Magnética Funcional (Functional Magnetic Resonance
Imaging)
HbO2 – Oxihemoglobina
M0 – magnetização
ML – Magnetização longitudinal
MRI – Ressonância Magnética (Magnetic Resonance Imaging)
Mxy – Magnetização transversal
NMR – Ressonância Magnética Nuclear (Nuclear Magnetic Resonance)
PET – Tomografia por Emissão de Positrões (Positron Emission Tomography)
RF – Radiofrequência
ROI – Região de interesse
ROI – Região de interesse
SNR – Relação sinal-ruído
SPM – mapa estatístico paramétrico
T1 – Relaxação longitudinal
T2 – Relaxação transversal
xoy – plano transversal
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 9
Capítulo 1 – Introdução
A Engenharia Biomédica reúne princípios de engenharia, medicina,
física, química e biologia com o grande objectivo de fazer progredir os cuidados
de saúde disponíveis para a sociedade. Congregando conhecimento
proveniente das mais variadas disciplinas, os engenheiros biomédicos são
capazes de desenhar instrumentos, dispositivos e ferramentas computacionais
médicas bem como realizar estudos e pesquisas para adquirir e aprofundar
conhecimentos necessários à resolução das mais diversas problemáticas.
A área da Imagiologia Médica possibilita a obtenção de informação
relativa à fisiologia e anatomia de órgãos internos de um modo não-invasivo
através das mais variadas técnicas actualmente existentes como a
Ressonância Magnética (MRI), o Raio-X (R-X), a Tomografia Computorizada
(CT) e a Tomografia por Emissão de Positrões (PET). Graças a estas torna-se
possível uma detecção precoce de doenças, uma melhor coordenação de
tratamentos médicos e mesmo um melhor conhecimento geral da actividade
molecular dos organismos vivos.
A Engenharia Biomédica tem assim um papel fundamental nesta área
através do design, construção e análise de sistemas de imagiologia médica, o
que permite que esta seja uma área com enorme expansão nos campos da
instrumentação e da análise computacional (Madihally, 2010).
1.1 – Enquadramento e Objectivos
Este trabalho, incluído no âmbito da disciplina de Monografia do
Mestrado em Engenharia Biomédica insere-se no domínio das metodologias e
sistemas computacionais para análise de imagens.
Os principais objectivos desta monografia consistem na realização de
um primeiro estudo bibliográfico relativamente aprofundado para uma inicial
familiarização com o tema a ser desenvolvido durante o próximo ano lectivo no
âmbito da Tese. Pretende-se realizar uma primeira abordagem aos princípios
da MRI para posteriormente estudar os fundamentos e métodos de análise de
imagens médicas de Ressonância Magnética Funcional (fMRI). Será ainda
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 10
abordada a aplicação desta técnica para a avaliação de uma área da medicina
tradicional chinesa, a acupunctura, passível de ser utilizada no decorrer do
desenvolvimento do tema da dissertação de mestrado.
1.2 – Contextualização Histórica
A história da imagiologia teve o seu início há muitos séculos atrás com a
descoberta de conceitos fundamentais de física, biologia e química. Mas o seu
verdadeiro impulso deu-se em 1895, pelo físico alemão Wilhelm C. Roentgen,
com a descoberta acidental da radiação X que permitiu a obtenção da primeira
imagem médica, uma radiografia da mão esquerda da sua esposa. Durante
várias décadas o Raio-X foi a fonte de imagens médicas e pela década de 30
este já era utilizado para visualizar grande parte dos órgãos humanos.
Em 1942 Karl T. Dussik, neurologista austríaco relatou a primeira
utilização de ultra-sons como meio de diagnóstico e em 1968 o ginecologista e
obstetra Stuart Campbell publicou um método melhorado de imagens de ultra-
som que viria posteriormente a ser utilizado de modo corrente na examinação
de fetos durante a gravidez (Madihally, 2010).
Posteriormente a radiografia expandiu para tomografia computorizada
por transmissão e permitiu a Godfrey Hounsfield a construção do primeiro
scanner de CT, em 1972, através da utilização da metodologia matemática de
reconstrução de imagens desenvolvida por Allan Cormack, na década anterior.
Estas descobertas valeram a estes dois cientistas o Prémio Nobel da Medicina
em 1979.
Figura 1 – Scanner de MRI MAGNETOM Symphony (Madihally, 2010).
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 11
O fenómeno da Ressonância Magnética Nuclear (NMR) foi
primeiramente descrito por Felix Bloch e Edward Purcell, na década de 50 mas
foi apenas em 1971 que surgiu o primeiro trabalho da aplicação da NMR para a
obtenção de imagens médicas (Prince & Links, 2005). Trabalho este
desenvolvido pelo investigador americano Raymond V. Damadian que mostrou
que o tempo de relaxação magnético dos tecidos diferia do dos tumores.
No início da década de 80 a MRI foi considerada como a nova maneira
de tirar fotografias ao interior do corpo humano e tal impulsionou os
investigadores a tornarem esta tecnologia num método robusto e sofisticado de
obtenção destas imagens através da utilização de scanners como o da Figura
1. Desenvolvimentos na tecnologia magnética tais como o aparecimento de
electroímanes supercondutores tornaram possível obter imagens com melhor
qualidade e também o aparecimento da MRI “aberta”, com scanners como
mostra a Figura 2 possibilitaram que esta tecnologia fosse cada vez mais
aceite pelos pacientes.
Figura 2 – Scanner de MRI “aberto”, MAGNETOM C!, Open MRI (Madihally, 2010).
Em 1990, Seiji Ogawa, biofísico japonês descobriu, em trabalhos com a
parceria dos Laboratórios AT&T’s Bell, que a desoxihemoglobina (dHb) quando
sob influência de um campo magnético, aumentava a força do campo na sua
vizinhança enquanto a oxihemoglobina (HbO2) não. Foi a descoberta deste
fenómeno que conduziu ao desenvolvimento da Ressonância Magnética
Funcional (fMRI), a qual permite obter imagens dos órgãos em funcionamento
ou estudar as diferentes funções dos mesmos.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Introdução
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 12
A melhoria destas tecnologias tem ainda sido possível com o
desenvolvimento da área de análise computacional, através da criação de
algoritmos cada vez mais sofisticados que permitem a extracção de informação
volumétrica estrutural e funcional para a medição, processamento, visualização
e análise de imagens (Madihally, 2010).
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 13
Capítulo 2 – Ressonância Magnética
A MRI é uma técnica de imagiologia tomográfica capaz de produzir
imagens de características internas físicas e químicas de um dado corpo
através da medição externa dos sinais de ressonância magnética. A tomografia
é uma área muito importante da imagiologia, o termo grego tomos significa
“corte” mas esta possibilita a obtenção de imagens do interior do corpo sem
que haja de facto um corte deste. Assim com o recurso a um scanner de MRI é
possível obter conjuntos de dados ou imagens multidimensionais
representativas da distribuição espacial de uma dada medida de quantidade
física. É possível gerar imagens seccionadas de 2 dimensões (2D) com
qualquer orientação, imagens volumétricas 3D e até imagens 4D das
distribuições espaço-espectral ou espaço-temporal. Outra particularidade desta
tecnologia está na natureza dos sinais utilizados para formar as imagens uma
vez que, ao contrário das outras tecnologias, não necessita de recorrer a
partículas com radiação para gerar os sinais captados (Landini, Positano, &
Santarelli, 2005).
2.1 – Princípios Físicos
Os protões e os neutrões constituintes dos núcleos atómicos possuem
uma propriedade denominada momento angular spin (Φ) que apresenta
magnitude e direcção e que está na base do fenómeno de NMR. Este momento
angular ou spin do núcleo pode ser considerado como resultado do movimento
rotacional ou giratório do núcleo em torno do seu próprio eixo cuja ilustração se
encontra na Figura 3. O hidrogénio (1H) é o elemento mais abundante no corpo
e por isso o elemento de maior interesse para a obtenção
das imagens anatómicas de MRI possibilitando um sinal
de MRI mais forte.
Figura 3 – Representação do momento angular de um núcleo (Prince & Links, 2005)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 14
Sendo o núcleo uma partícula carregada, o
spin faz-se acompanhar por um vector de
momento magnético (μ), cuja representação do campo de magnetização se
encontra na Figura 4 e cuja relação com o momento angular spin é dada pela
expressão:
(Equação 1)
onde γ representa a razão giromagnética que é uma característica particular
dos núcleos. A Tabela 1 apresenta os valores da razão giromagnética de
alguns elementos mais comuns (Prince & Links, 2005):
Tabela 1 – Valores da Razão Giromagnética
Razão Giromagnética (MHz/T)
1H 42.58
13C 10.71
19F 40.05
31P 11.26
Na MRI o sinal obtido é produzido pelo campo magnético do 1H, sendo
este um sinal muito pequeno para induzir uma corrente passível de ser
detectada por uma bobine. Assim torna-se necessário o alinhamento dos
protões para que seja possível a produção de um momento magnético
suficientemente grande para ser detectado.
Como a orientação dos protões é completamente aleatória como na
Figura 5, os seus vectores de momento magnético vão apresentar várias
direcções diferentes o que leva a que se cancelem uns aos outros. No entanto,
quando estes são colocados sob a influência de um campo magnético externo
(B0) dá-se o alinhamento dos spins na mesma direcção do campo mas nem
todos os vectores têm o mesmo sentido. O que ocorre é que a maioria dos
protões vai alinhar-se no mesmo sentido do campo, que corresponde a um
Figura 4 – Representação da magnetização microscópica de um núcleo (Prince & Links, 2005)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 15
estado energético menor (Paralelo), e os restantes vão alinhar-se no sentido
oposto, correspondente a um estado de maior energia (Anti-Paralelo) ilustrado
na Figura 6. Esta diferença vai provocar um constante desequilíbrio que levará
a uma magnetização (M0) do tecido responsável pela obtenção da MRI
(Landini, Positano, & Santarelli, 2005).
A frequência à qual os núcleos giram, representada na Figura 7, também
conhecida por frequência de Larmor ou frequência de precessão é proporcional
à razão giromagnética e à amplitude do campo magnético externo aplicada:
(Equação 2)
Assim, ao submetermos os protões à acção de um campo de
radiofrequências como a frequência de precessão vamos estar a provocar o
fenómeno de ressonância e isto vai levar a que ocorra um aumento do número
de spins anti-paralelos e que os spins sejam colocados em fase.
Figura 7 – Representação da frequência precessão dos protões em torno do eixo z do campo magnético forte (B0)
A amplitude e a duração dos impulsos desta frequência vão determinar
os efeitos provocados e o sinal medido vai ser a magnetização transversal,
Figura 5 – Representação dos protões de forma aleatória
Figura 6 - Alinhamento dos protões após serem colocados sob um campo magnético forte (B0)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 16
sinal que só vai ser possível detectar-se através de bobinas que captam a
radiofrequência no momento em que os protões apresentam a frequência de
precessão em fase, isto é, a girar em torno do eixo longitudinal z (Prince &
Links, 2005).
No momento em que a radiofrequência (RF) é interrompida, a
magnetização transversal diminui e vai desaparecer ao contrário da
magnetização longitudinal que vai aumentar, isto é, os protões vão regressar
ao seu estado de equilíbrio emitindo energia electromagnética, fenómeno
conhecido por relaxação. Trata-se de um fenómeno físico dinâmico em que o
protão regressa ao seu estado fundamental.
Existem dois tipos de relaxação, a relaxação longitudinal, descrita por
uma curva exponencial caracterizada pela constante de tempo T1, durante a
qual os protões voltam a estar alinhados com o campo magnético. A curva
ilustrada na Figura 8 representa a variação da relaxação longitudinal ao longo
do tempo, onde se pode ver que T1 representa o tempo necessário para a
magnetização longitudinal (ML) recuperar 63% do seu valor inicial (M0). A
relaxação transversal é descrita por uma curva exponencial caracterizada pela
constante de tempo T2, que se resume à saída dos protões do seu estado de
fase e a curva representada na Figura 9 mostra a variação da magnetização no
plano transversal ao longo do tempo, onde T2 representa o tempo necessário
para a magnetização transversal (Mxy) atingir 32% do seu valor inicial (Mazzola,
2009). A relaxação transversa é mais rápida do que a relaxação longitudinal e
estes valores não estão relacionados com a força do campo magnético.
Figura 8 – Variação da relaxação longitudinal ao longo do tempo (Mazzola, 2009)
Figura 9 – Variação da magnetização no plano transversal ao longo do tempo (Mazzola, 2009)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 17
A Tabela 2 mostra alguns valores dos tempos de relaxação, à frequência
de precessão de 20 MHz:
Tabela 2 – Valores aproximados de T1 e T2 para diferentes tecidos (Hobbie & Roth, 2007)
T1 (ms) T2 (ms)
Sangue 1200 200
Músculo 500 35
Tecido adiposo 200 60
Água 3000 3000
Substância branca 790 90
Substância cinzenta 920 100
Líquido céfalo-raquidiano 4000 2000
Após o pulso de RF, vão ocorrer inúmeras alterações em ambas as
magnetizações, a magnetização longitudinal aumenta, a transversal diminuiu e
este processo liberta energia e para a recepção deste sinal uma antena é
colocada no plano transversal (x0y) onde é induzida uma corrente eléctrica (lei
de Faraday). Para uma melhor compreensão da emissão deste sinal é
necessário especificar a sequência de pulsos de RF denominada sequência
spin eco. Esta é baseada na repetição de uma sequência de impulsos de 90º e
180º consecutivamente e apresenta dois parâmetros: TE/2 e TE. O esquema da
emissão destes impulsos está ilustrado na Figura 10.
Figura 10 – Diagrama da sequência de impulsos para gerar spin ecos (Prince & Links, 2005)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 18
O impulso de 90º (TE/2) provoca o desaparecimento da magnetização
longitudinal e o crescimento da transversal e quando este é desligado, dá-se
um decaimento da magnetização transversal e os protões libertam a energia
absorvida. Esta energia libertada vai provocar oscilações na frequência do
campo magnético o que induz uma corrente eléctrica, o sinal. A frequência
deste é constante mas desaparece ao longo do tempo, o que se traduz numa
curva exponencial de decaimento. As antenas recebem o sinal no plano
transversal devido às variações do vector da magnetização transversal.
Quando não existe qualquer gradiente magnético dá-se o designado
decaimento livre de indução (FID), representado na Figura 11 que é provocado
por uma diminuição da magnetização transversal, perda de energia para o
ambiente e redução da oscilação de sinal no plano transverso. Como não
existe nenhum gradiente magnético, o sinal de FID decresce mais rapidamente
do que o T2 e é caracterizado por um tempo constante T2*. O tempo T2* é
influenciado por um tipo específico de relaxação spin-spin e pelos campos
magnéticos estáticos não homogéneos que aceleram o desfasamento dos
spins.
Figura 11 – Decaimento livre de indução, causado pela relaxação transversal (Prince & Links, 2005).
O impulso de 180º (TE) coloca os spins em fase e inverte o campo
magnético não homogéneo e uma vez aplicado um RF com este impulso os
spins entram em fase e a magnetização transversa reaparece e aumenta. Após
isto os spins deslocam-se para um estado de desequilíbrio e a magnetização
transversa diminui. Quando atingirem na totalidade este estado, o impulso de
180º é enviado e os protões entram novamente em fase. Quando se desliga o
pulso de 180º o sinal é emitido em forma de ecos. A diferença de intensidade
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 19
de sinal depende de dois factores, Tempo de Repetição (TR – que é a
diferença entre a intensidade de sinal entre tecidos T1 usando dois pulsos
consecutivos, ou seja, a diferença entre a magnetização longitudinal de
diferentes tecidos) e Tempo de Eco (TE – que é o tempo entre o pulso 90º e o
eco. Pode ser escolhido pelo operador) que indicaram o tipo de imagem
(imagem ponderada em T1, densidade protónica e imagem ponderada em T2)
(Hobbie & Roth, 2007).
2.2 – Princípios de Instrumentação
Os componentes básicos de um scanner de MRI apresentam-se
esquematizados na Figura 12:
Figura 12 – Organização de um sistema típico de MRI (Khandpur, 2004)
Estes instrumentos utilizam campos magnéticos estáticos, uniformes e
fortes (a sua força pode variar entre os 0.2T e os 3T em uso clínico) com três
conjuntos de bobinas, que têm a si associados amplificadores e dispositivos
para correcção da corrente, necessárias à codificação espacial do paciente a
analisar por produção de um gradiente magnético variante no tempo. O
transmissor RF transmite e recebe as bobinas e os amplificadores e os
receptores de RF são utilizados para excitação dos núcleos e para receber os
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 20
sinais. O computador é utilizado para controlar o scanner e para processar e
apresentar os resultados (imagens, espectros, etc.). Contêm também outros
dispositivos como equipamento para monitorização do paciente e sistemas de
segurança (Kutz, 2009).
O íman (magnet) proporciona B0 uniforme e estável (Figura 13);
Figura 13 – Esquema da constituição de um íman supercondutor (Prince & Links, 2005)
O B0 destes scanners pode ser gerado por electroímanes resistivos, ímanes
permanentes ou ímanes supercondutores, sendo estes últimos os mais comuns
e que devido à tecnologia supercondutora necessitam de um sistema de
arrefecimento próprio com Hélio líquido.
O transmissor RF (RF transmitter) envia impulsos de RF para a
amostra;
Para a activação dos núcleos este sistema que emite os sinais consiste no
transmissor RF em si, num amplificador de potência RF e em bobinas de
transmissão. O transmissor em si é constituído por um cristal que oscila à
frequência de precessão.
O sistema gradiente (gradient system) gera campos magnéticos
variáveis no tempo;
É este sistema gradiente que é responsável pela capacidade da codificação
espacial dos sinais detectados para a formação das imagens. Isto deve-se à
capacidade de controlar localmente o campo magnético e à utilização de três
bobinas que impões as variações lineares no campo magnético em qualquer
uma das direcções cartesianas.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 21
O sistema de detecção (detection system) produz o sinal de
saída;
A sua principal função é detectar e gerar o sinal de saída a ser processado pelo
computador e apresenta-se estruturado de acordo com o diagrama de blocos
da Figura 14.
Figura 14 – Diagrama de blocos do sistema de detecção (Khandpur, 2004)
Aqui a bobina de recepção vai funcionar como uma antena para captar a
magnetização nuclear flutuante da amostra e converte-la na voltagem flutuante
de saída V(t). A bobina apresenta-se ligada uma rede de correspondência
(matching network) que faz a ligação ao pré-amplificador para maximizar a
energia transferida para o amplificador e introduz um alternador de fase para o
sinal. O pré-amplificador é um amplificador de baixo ruído que amplifica o sinal
e o transfere um detector de quadratura de fase. Este circuito de detecção
recebe o sinal de NMR V(t) e o sinal de referencia e faz a sua multiplicação de
modo a obter só uma saída e apresenta um filtro
passa baixo para remoção de todos os componentes
excepto os centrados em zero. Por fim o sinal é
processado por um conversor A-D para ser
transformado numa série de dados a ser analisa no
computador.
O sistema de imagem (imager system)
inclui o computador para reconstrução e Figura 15 – Consola de operação do scanner de MRI (Prince & Links, 2005)
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Nuclear
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 22
apresentação das imagens (Figura 15) (Khandpur, 2004).
Na Figura 16 é possível ver como todos estes componentes se
organizam no interior de um scanner de MRI.
Figura 16 – Esquema da construção de um scanner de MRI (Bronzino, 2000)
2.3 – Aplicações da Ressonância Magnética
Algumas das aplicações existem desta tecnologia são:
MRI Standard;
Imagiologia Eco-Planar (EPI);
Fast Imaging with Steady-state Precession (FISP);
Half Fourier Acquisition Single-shot Turbo spin Echo (HASTE);
Angiografia de Ressonância Magnética;
Espectroscopia de Ressonância Magnética;
Ressonância Magnética Funcional.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 23
Capítulo 3 – Ressonância Magnética Funcional
A fMRI é uma aplicação da MRI que se refere à utilização desta
tecnologia para detectar alterações localizadas no fluxo sanguíneo e na
oxigenação sanguínea que ocorrem no cérebro como resposta à actividade
neuronal.
O conceito de que o fluxo sanguíneo cerebral poderia reflectir a
actividade neuronal iniciou-se em 1890 com experiências realizadas por Roy e
Sherrington e este tornou-se a base de todas as técnicas de imagiologia
cerebrais baseadas na hemodinâmica.
Nas ultimas décadas esta técnica tem vindo a ser muito desenvolvida
com o objectivo de mapear o cérebro humano e tem sido extensivamente
utilizada para investigar funções cerebrais como a visão, linguagem, motora e
cognitiva (Buxton, 2009).
3.1 – O Cérebro (Bases de Anatomia e Fisiologia)
O cérebro humano, representado na Figura 17, é o principal órgão do
sistema nervoso central e o centro de controlo de muitas actividades
voluntárias e involuntárias do corpo humano e como tal é responsável por
acções tão complexas como pensamento, memória, emoção e linguagem. No
adulto este órgão pode ter cerca de 12 biliões de neurónios (células do sistema
nervoso).
Figura 17 – Ilustração do cérebro humano.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 24
Apresenta-se dividido em dois hemisférios, esquerdo e direito onde se
diferenciam as denominadas áreas funcionais, no entanto não existe um
acordo generalizado para a definição e marcação das fronteiras entre cada
uma destas e é a ausência destas definições anatómicas que leva a que
existam várias subdivisões do córtex cerebral. O hemisfério esquerdo é
responsável pelo pensamento lógico e competência comunicativa O hemisfério
esquerdo é responsável pelo pensamento lógico e competência comunicativa,
com áreas altamente especializadas como a Área de Broca (B), responsável
pela motricidade da fala, e a Área de Wernicke (W), responsável pela
compreensão verbal, enquanto o hemisfério direito é responsável pelo
pensamento simbólico e criatividade. O corpo caloso, localizado no fundo da
fissura sagital, é a estrutura responsável pela conexão entre os dois
hemisférios cerebrais e é responsável pela troca de informações entre as
diversas áreas do córtex cerebral. O córtex motor é responsável pelo controle e
coordenação da motricidade voluntária. Aqui o córtex motor do hemisfério
esquerdo controla o lado direito do corpo e o córtex motor do hemisfério direito
controla o lado esquerdo do corpo. O córtex pré-motor, responsável pela
aprendizagem motora e pelos movimentos de precisão, encontra-se na parte
em frente da área do córtex motor. O cerebelo é o principal responsável pela
coordenação geral da motricidade e equilíbrio. O eixo formado pela adeno-
hipófise e o hipotálamo, são responsáveis pelas funções homeostáticas do
organismo (cárdio-respiratória, circulatória, etc.).
O córtex cerebral está dividido em quatro áreas chamadas de lobos
cerebrais, com funções diferenciadas e especializadas representadas nas
Figura 18:
Figura 18 – Divisão dos lobos cerebrais.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 25
O lobo frontal, localizado na zona da testa, inclui o córtex motor
e pré-motor e o córtex pré-frontal e é responsável pelo
planeamento de acções e movimentos bem como funções que
possam incluir o pensamento abstracto e criativo, a fluência de
pensamento e linguagem, respostas afectivas e emocionais,
vontade e atenção selectiva;
O lobo occipital, na região da nuca, está coberto pelo córtex
cerebral, também designado por córtex visual e é constituído por
várias sub-áreas especializadas em processar a visão de cor,
movimento, profundidade e distância;
O lobo parietal, na parte superior central da cabeça é constituído
por duas subdivisões - a anterior designada por córtex
somatossensorial, com funções relacionadas com as sensações
(tacto, dor, temperatura, etc.) e a posterior que é uma área
secundária que analisa, interpreta e integra as informações
recebidas pela área anterior;
E os lobos temporais, nas regiões laterais da cabeça por cima
das orelhas, têm como principal função processar os estímulos
auditivos.
No entanto existe outro mapa também muito utilizado, baseado no
parcelamento dos hemisférios cerebrais em cerca de 50 áreas
citoarquitectónicas (Figura 19), por Korbinian Brodmann’s, que se dividem em
cinco grandes zonas funcionais (Ramachandran, 2002):
Limbica;
Paralimbica;
Associação heteromodal;
Associação unimodal;
Sensório-motor primário.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 26
Figura 19 – Visualizações lateral e medial dos hemisférios cerebrais (Ramachandran, 2002).
Em 1990 Ogawa relatou, com base no seu estudo em cérebros de ratos,
que a o mapeamento funcional do cérebro era possível devido ao efeito BOLD
(Blood Oxygenation Level Dependent) que se baseia em alterações da
desoxihemoglobina (dHb), onde esta funciona como um agente paramétrico
contrastante e cujas alterações de concentração locais no cérebro levam a um
aumento da intensidade do sinal de MRI (Ogawa, Lee, Kay, & Tank, 1990) .
Embora os mecanismos que conectam activação neuronal e a fisiologia
cerebral sejam ainda objecto de muitos estudos, sabe-se que a activação
neuronal leva a um aumento no consumo de ATP (adenosina trifosfato), o que
implica um aumento de necessidade de oxigénio e para preencher a
necessidade dá-se um aumento do fluxo sanguíneo local e estas alterações
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 27
fisiológicas são fundamentais para a fMRI. Assim, ao atravessar a rede de
vasos capilares, a oxihemoglobina (HbO2) vai libertar o oxigénio que transporta,
transformando-se em desoxihemoglobina (dHb), cujas propriedades
paramagnéticas actuam no sentido de intensificar localmente os efeitos do
campo magnético externo. Logo, para suprimir esse défice de O2, dá-se um
aumento de volume e fluxo sanguíneo locais, o que leva a uma posterior
diminuição na concentração de dHb em relação ao nível basal, sendo estas
alterações na concentração de dHb que funcionam como agente de contraste
(Faro & Mohamed, 2010).
Assim, segundo Pauling & Coryell a dHb é paramagnética (atractiva),
isto é, magnetiza-se no mesmo sentido do campo magnético a que é exposta e
a HbO2 é diamagnética (repulsiva) e estas propriedades magnéticas têm um
efeito directo na intensidade do sinal detectado nas regiões neurais activas. É
possível verificar que um aumento da concentração de HbO2 no fluxo de
sangue vai provocar um aumento na intensidade do sinal captado e que numa
situação contrária, ou seja, na presença de uma maior concentração de dHb
vai ocorrer uma diminuição da intensidade local devido ao realinhamento de T2
e T2*. Isto verifica-se porque os eventos que iniciam com o aumento da
actividade eléctrica e modulam a resposta neurovascular alteram o sinal de
ressonância magnética no tempo e produzem a função de resposta
hemodinâmica (Pauling & Coryell, 1936).
3.2 – Aplicações da fMRI
As técnicas de fMRI têm vindo a evoluir muito rapidamente ao longo dos
últimos anos, juntamente com a evolução dos métodos de análise que
permitem detectar as alterações na actividade neural. Assim sendo uma das
principais aplicações da fMRI apresenta-se relaciona com a área das
neurociências para permitir um melhor estudo dos mecanismos cerebrais tão
complexos como a percepção, as emoções, o comportamento e a dor, sendo
de grande interesse conseguir descrever quantitativamente estas funções bem
como qualitativamente.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 28
A fMRI enquadra-se assim com estes objectivos porque envolve um
conjunto de técnicas que possibilitam a exploração da susceptibilidade dos
sinais de MRI aos processos fisiológicos associados com a actividade cerebral.
3.2.1 – Organização de um estudo de fMRI
Para a análise da fMRI tem se vindo a utilizar um grande número de
técnicas derivadas de métodos de processamento e análise estatística. Estas
podem ser classificadas como derivadas de hipótese e baseadas em modelos
ou como derivadas de dados e exploratórias. Os métodos baseados em
modelos incluem análise de variância (ANOVA) e métodos correlacionais e os
métodos derivados de dados incluem análise de componentes principais (PCA)
e análise de componentes independentes (ICA), sendo que todos estes
métodos têm como factor comum a capacidade de identificar as áreas de
activação cerebrais mais significativas num paciente (Bogorodzki & Rogowska,
2005).
Os estudos de fMRI são extremamente dependentes das alterações
hemodinâmicas cerebrais e para a organização destes é necessário tem em
conta as características espaciais e temporais destes efeitos hemodinâmicos.
As características espaciais resultam da vasculatura cerebral e as
características temporais prendem-se com o atraso inerente às alterações do
sinal em resposta à actividade neural e com a dispersão das alterações
hemodinâmicas resultantes ao longo do tempo.
Com base nas características temporais dos fenómenos hemodinâmicos
podemos ainda classificar os estudos de fMRI em:
Delineamento em blocos, onde a experiencia é desempenhada
de modo continuo em blocos de tempo (normalmente com a
duração de 20-60 seg) e cujo objectivo é criar um “estado
estacionário” das alterações hemodinâmica e neuronal. Este é um
bom método para detecção de pequenas alterações na actividade
cerebral;
Delineamento relacionado com eventos utiliza padrões de
resposta temporais em hemodinâmica e as características de
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Ressonância Magnética Funcional
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 29
resposta linear associados com as aplicações de estímulos
múltiplos. Estes últimos são aplicados individualmente e em
ordem aleatória e mede-se a resposta hemodinâmica a cada um
deles. Este método pode ainda dividir-se em:
Delineamento de estudo único espaçado (com longos
intervalos entre estímulos e são utilizados com o objectivo
de permitir que no fim de cada estimulo a resposta
hemodinâmica retorne ao seu estado de repouso);
Delineamento de estudo único rápido (que tira partido das
propriedade de linearidade e sobreposição da resposta
hemodinâmica.
Para estes estudos é também de estrema importância saber reconhecer
as variáveis chave a analisar tais como a resolução espacial, a resolução
temporal, a cobertura cerebral e a relação sinal-ruído (SNR), para que possam
ser convenientemente manipuladas para obtenção dos resultados pretendidos.
Assim, para obtenção de uma resolução espacial muito elevada é necessário
reduzir a resolução temporal, limitar a cobertura cerebral e diminuir a SNR.
No entanto há também que ter em conta outros aspectos importantes
associados a estas técnicas, tais como o custo financeiro extremamente
elevado e as restrições relativas à segurança do paciente (Savoy, 2002).
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 30
Capítulo 4 – Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura
A acupunctura (do latim acus - agulha e punctura - pontuada) é um ramo
da Medicina Tradicional Chinesa e consiste na aplicação de agulhas, em
pontos definidos do corpo, chamados de "Pontos de Acupunctura" ou
"Acupontos", para obter efeito terapêutico em diversas condições. Isto é,
colocar agulhas da espessura de fios de cabelo em diferentes pontos de
pressão, em todo o corpo. Acredita-se que o estímulo desses pontos promova
as capacidades naturais regeneradoras do corpo e aperfeiçoe o seu
funcionamento.
A medicina tradicional chinesa está associada às teorias baseadas no
Taoismo, sobre a dualidade Yin/Yang (aspectos opostos de todo movimento no
universo). Trata-se no entanto de um conceito hoje considerado quântico que
os médicos chineses antigos conseguiram adaptar para a medicina. No corpo
do homem existe um equilíbrio que pode ser alterado por diversos tipos de
influências, como a alimentação, o comportamento entre outras. Com base
nisto existem inúmeras formas de diagnóstico na medicina tradicional chinesa.
Algumas delas são a pulsação, a observação do aspecto da língua, da cor e
aspectos da pele.
A aceitação da acupunctura pela medicina ocidental teve início a partir
de 1970 com diversos estudos científicos no sentido de comprovar a sua
eficácia. Em 1973 Chiang e Cols demonstraram que a acupunctura provoca um
efeito conduzido através dos nervos, ao constatarem que o estímulo das
agulhas não provocava efeito quando aplicado em áreas bloqueadas por
anestésicos locais.
Em 1979, a Organização Mundial de Saúde (OMS) editou uma lista com
41 doenças nas quais esta técnica teve excelentes resultados e publicou o
documento Acupuncture: Review and analysis of reports on controlled clinical
trials, onde expõe os resultados destas pesquisas. Neste documento foi
analisada a eficácia da acupunctura em comparação com o tratamento
convencional para 147 doenças, sintomas e condições de saúde. Chan,
1984,[12] concluiu que muitos dos pontos de acupunctura correspondem a locais
de penetração das fibras nervosas na fáscia muscular, 309 pontos estão
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Medicina Tradicional Chinesa – A Acupunctura
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 31
localizados sobre terminações nervosas e 286 pontos localizados sobre os
principais vasos sanguíneos.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 32
Capítulo 5 – Processamento dos dados de fMRI
Para o estudo de fMRI são necessárias a aquisição de uma ou várias
séries temporais de dados funcionais (sequências rápidas de MR), captados
durante a realização de estímulos sensoriais ou motores ou durante a
realização de paradigmas, que são conjuntos de tarefas cognitivas, e a
aquisição de dados anatómicos (sequências lentas de MR) que abranjam as
áreas de interesse que servem de referência estrutural para a visualização das
áreas funcionais activas. Após esta aquisição é feita a localização e
caracterização das regiões cerebrais activadas pelos estímulos. Para tal são
necessárias várias etapas de processamento das imagens uma vez que todo
este processo está sujeito à influência de diversos tipos de artefactos que
podem adulterar as imagens obtidas (Formisano, Salle, & Goebel, 2005).
Segundo (Jenkinson & Smith, 2001) não existe apenas um protocolo
para a análise de imagens de fMRI, no entanto há uma sequência base de
passos para o processamento de imagens de fMRI:
1. “ Adquirir e reconstruir as imagens individuais
2. Corrigir a fase das séries temporais para variações de timing dos
cortes obtidos
3. Aplicar uma correcção de movimento para corrigir movimentos da
cabeça
4. Suavização espacial dos dados para aumentar SNR
5. Filtrar cada série temporal de voxel’s para remover variações
temporais e ruído de elevada frequência
6. Realizar a análise estatística (através da geração de um mapa
estatístico paramétrico – um SPM)
7. Thresholding do SPM para encontrar as regiões activas
significantes.”
5.1 – Pré-Processamento
O contraste devido ao efeito BOLD, aliado a técnicas de aquisição
rápida, permite a visualização de determinados processos cerebrais. No
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 33
entanto, tais alterações de contraste não são visíveis directamente, o que
implica a utilização de algoritmos computacionais para a visualização dessas
mesmas áreas.
5.1.1 – Correcção do movimento
Durante a aquisição das imagens, qualquer movimento realizado pelo
paciente, desde pequenos movimentos da cabeça ao pulsar dos vasos
sanguíneos, vai gerar artefactos de movimento. Estes são responsáveis por
distorções na análise de séries de dados e nem sempre é possível a sua
correcção através de técnicas de pós-processamento. Assim, aplicam-se
algoritmos de realinhamento das imagens captadas que permitam obter a
função de transformação geométrica mais adequada à minimização de
diferenças entre as imagens (Buxton, 2009).
5.1.2 – Correcção temporal
A obtenção dos dados das séries temporais é feita pela aquisição de um
corte de cada vez o que implica que as diferentes partes do cérebro não sejam
analisadas em simultâneo e que os dados não possam ser considerados como
uma amostra instantânea. Assim, para a correcção deste desfasamento
ajustam-se os dados através de um deslocamento aproximado de cada série
temporal de voxel’s que pode ser feito pela aplicação de uma interpolação 1-D
no domínio temporal ou pela aplicação de uma transformada de Fourier
(Formisano, Salle, & Goebel, 2005).
5.1.3 – Suavização espacial
Este passo tem como principal objectivo a aplicação de filtros de
suavização para reduzir os efeitos de distorção possivelmente causados pela
instrumentação ou mesmo pela actividade fisiológica do cérebro que possam
levar à presença de ruído. Assim para este fim recorre-se normalmente a filtros
passa-baixo, como é o caso do filtro Gaussiano 3D, cujos efeitos podem ser
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 34
observados na Figura 20, para fazer uma suavização espacial das séries
temporais das fMRI (Formisano, Salle, & Goebel, 2005).
Figura 20 – Aplicação de um kernel de suavização Gaussiano 3D
5.2 – Segmentação
O processo de segmentação das imagens tem um papel muito
importante na extracção de informação e atributos úteis das imagens a
analisar. Este é um dos passos mais importantes para a análise, compreensão
e interpretação das imagens e o seu principal objectivo é dividi-las em regiões
que sejam homogéneas no que respeita a certos critérios ou características.
Cada região pode ser processada separadamente para extrair a informação.
Este processo pode ser acompanhado pela identificação de todos os píxeis ou
voxels que pertençam à mesma estrutura ou região. A segmentação das
imagens não é apenas importante para a extracção de características e
visualização mas também para a realização de medições e compreensão das
mesmas.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 35
A segmentação de dados provenientes da fMRI é algo difícil
principalmente devido ao aumento da dimensionalidade dos dados e às
limitações físicas impostas por esta técnica.
A quantificação precisa da fisiologia regional depende da delineação
(segmentação) precisa das estruturas ou regiões de interesse (ROI) e o
principal papel destas é:
Permitir a quantificação;
Reduzir o conjunto de dados por concentração da análise das
ROI extraídas;
Estabelecer uma correspondência estrutural para as amostras
fisiológicas dentro das regiões.
A abordagem mais directa de segmentação é a delineação manual das ROI,
mas existem também métodos semiautomáticos que permitem remover a
subjectividade da definição desta devida aos operadores humanos.
De um modo geral, as técnicas de segmentação podem dividir-se em
quatro classes:
Thresholding
É uma das técnicas mais simples de implementar. Nesta, selecciona-se um
valor (threshold) predefinido e divide-se a imagem em grupos de píxeis cujos
valores sejam iguais ou superiores ao do threshold e em grupos com valores
mais baixos. A abordagem mais utilizada é a de Thresholding Global que é
também a mais simples e computacionalmente mais rápida, mas existem
também outras abordagens como a de Thresholding Local e a de Thresholding
Dinâmico. Estas duas últimas são muito úteis quando o valor do thresholding
não consegue ser determinado a partir do histograma.
Segmentação baseada em orlas
Esta abordagem apresenta duas componentes:
Detecção das orlas
Ligação/Seguimento das orlas
Para determinação das orlas e das regiões. Estas podem ser definidas por
transições abruptas na intensidade dos píxeis que pode ser reflectida pela
informação do gradiente. A implementação da detecção de orlas pode ser
acompanhada pela convolução da imagem original com uma máscara (janela
ou kernel) que vai percorrer toda a imagem. Para resolver possíveis falhas
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Processamento dos dados de fMRI
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 36
causas por ruído ou artefactos da aquisição implementa-se seguidamente a
ligação das orlas para estabelecer a ligação entre os píxeis de modo a formar
orlas mais significativas ou regiões fechadas.
Segmentação com base em regiões
Esta abordagem examina os píxeis da imagem e forma regiões disjuntas por
união de píxeis vizinhos com propriedade de homogeneidade baseadas em
critérios de semelhança. A imagem original pode ser montada por junção de
todas as regiões sem que haja sobreposição entre estas. A técnica mais
simples para esta abordagem é o Region Growing que é utilizado para extrair a
região ligada de píxeis semelhantes da imagem. Este algoritmo requer uma
medida de similaridade que determine os critérios de inclusão de píxeis e de
paragem para paragem do crescimento da região.
Classificação de píxeis
Trata-se de uma abordagem que utiliza a estatística do histograma para definir
thresholds simples ou múltiplos para classificar as imagens. Torna-se muito útil
quando os píxeis apresentam várias características que possam ser
expressadas através de um vector num espaço de características
multidimensional. A segmentação das imagens pode ser realizada através de
clustering de todas as características de interesse para imagens multicanal ou
multiespectais. Clustering é um processo de combinação e agrupamento de
objectos similares num único cluster enquanto os objectos com outras
características são agrupados em clusters diferentes. A similaridade é
quantificada em termos de uma medida de distância apropriada.
Estas técnicas são normalmente aplicadas para a segmentação de
imagens 2D, mas existem também algumas abordagens mais avançadas de
segmentação:
Segmentação baseada em modelos (utiliza modelos analíticos
para descrever a forma das ROI);
Segmentação multimodal (integra informação disponível de
diferentes modalidades de imagiologia);
Abordagens multivariadas (onde as estruturas são identificadas
e extraídas com base na informação temporal presente em
imagens dinâmicas) (Suri, Wilson, & Laxminarayan, 2005).
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Considerações finais e Perspectivas futuras
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 37
Capítulo 6 – Considerações finais e Perspectivas futuras
Com base no estudo realizado para esta Monografia pode-se concluir
que os sistemas de MRI são de extrema importância já que providenciam
informação científica de elevada resolução e que pode ser obtida de modo não
invasivo.
Trata-se de uma área da imagiologia de grande relevância devido
aos avançados no conhecimento do funcionamento e anatomia do corpo
humano que têm permitido, tornando-se cada vez mais detalhados e rápidos e
menos dispendiosos.
A área da imagiologia médica tem também sofrido grandes
avanços ao longo do tempo, principalmente no que diz respeito ao
desenvolvimento de algoritmos e ferramentas computacionais cada vez mais
rápidos e objectivos.
O estudo da fMRI permitiu adquirir vários conhecimentos
relativamente aos conceitos inerentes a esta técnica e também aos conceitos
inerentes ao processamento das imagens que será necessário durante o
desenvolver da dissertação.
Para estudo futuro pretende-se fazer um estudo mais aprofundado da
Ressonância Magnética Funcional ao nível de testes de acupunctura com o
objectivo de detectar, identificar e delimitar as zonas de activação cerebral que
esta técnica provoca e para tal torna-se necessário adquirir um conhecimento
mais aprofundado dos conceitos inerentes às técnicas de fMRI e dos
respectivos algoritmos e softwares de tratamento de dados a usar no
desenvolvimento deste projecto.
Análise de Imagens de Ressonância Magnética Funcional Bibliografia
Gabriela Coelho de Pinho Queirós 38
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