SADLD. Software. Manual de Operação. Sistema de Apoio ao Diagnóstico de Lesões Dentárias utilizando Espectroscopia Raman

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1 SADLD Sistema de Apoio ao Diagnóstico de Lesões Dentárias utilizando Espectroscopia Raman Manual de Operação Software Versão 1.0 Março / 2003

2 Versão 1.0 março de As informações contidas neste manual estão sujeitas a alterações sem prévio aviso e não representam compromisso por parte dos autores. O software descrito neste manual é distribuído para alunos de Pós-graduação e Pesquisadores em geral. O software pode ser utilizado ou copiado apenas para fins de desenvolvimento de trabalhos de pesquisa. Este documento pode ser reproduzida ou transmitida em qualquer forma ou por qualquer meio, eletrônico ou mecânico, incluindo fotocópias, gravação ou sistemas de armazenamento e recuperação de informações para propósito único de realização de pesquisas. Autores: José de Oliveira Filho, Sokki Sathaiah, Hassan Ahmad Sidaoui. UNIVAP Universidade do Vale do Paraíba. IP&D Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento.

3 Sumário SUMÁRIO 1. Apresentação Composição do sistema Definições Armazenamento e organização dos espectros Conversão dos espectros Inicialização do SADLD Menu principal do SADLD Diagnóstico de Espectros Brutos DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DE ESPECTROS BRUTOS DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DE UM GRUPO DE ESPECTROS BRUTOS DIAGNÓSTICO SEMI-AUTOMÁTICO DE ESPECTROS BRUTOS Diagnóstico de espectros calibrados DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DE ESPECTROS CALIBRADOS DIAGNÓSTICO AUTOMÁTICO DE UM GRUPO DE ESPECTROS CALIBRADOS DIAGNÓSTICO SEMI-AUTOMÁTICO DE ESPECTROS CALIBRADOS Validação de espectros de Indeno

4 1. Apresentação Apresentação O sistema SADLD é um sistema de análise e classificação de espectros Raman, com o objetivo de efetuar o diagnóstico de dentes. O sistema diagnostica dentes com ou sem lesões, utilizando espectros brutos ou calibrados, na forma automática ou semi-automática e permitindo diagnosticar um espectro isolado ou um grupo de espectros. É um sistema fácil de operar, com funções acessadas através de menus. Possui telas de auxílio à operação em vários níveis. Todas as funções podem ser acessadas a partir do Menu Principal. Foi projetado para operar em ambiente Microsoft Windows 95/98/NT, sob o aplicativo MATLAB 5.3, rodando em um Computador Pessoal (PC). 2

5 2. Composição do sistema Composição do sistema A figura abaixo apresenta os elementos fundamentais do sistema SADLD em uma instalação mínima. A figura não representa a capacidade máxima do sistema. Espectros Raman Disco MATLAB 5.3 Relatórios Microsoft Windows 98 Microcomputador Pentium II, 233 MHz, 80 MB de RAM Impressora Figura 1 Componentes do sistema Os espectros Raman são coletados pelo CCD, gravados no disco de um microcomputador com o Sistema Operacional Windows 98. Com o auxílio das rotinas desenvolvidas em MATLAB 5.3, os espectros são processados, e o diagnóstico é visualizado no Vídeo do microcomputador ou impresso em uma impressora. 3

6 Definições Termos utilizados e definições do sistema 3. Definições Espectro Gráfico obtido do CCD, após incidência do LASER no tecido dentário. Diagnóstico Emissão pelo sistema, de parecer a respeito de um ou mais espectros coletados de um dente. Diretório Prompt Área do disco do computador onde são armazenados os espectros e relatórios. O mesmo que uma pasta no Windows. É a tela inicial de um programa. 4

7 Armazenamento e organização de espectros 4. Armazenamento e organização dos espectros Os espectros Raman coletados pelo CCD, constituem os dados a serem processados, por isso o principal elemento constituinte do processo de diagnóstico pela técnica de Espectroscopia Raman. Inicialmente são gravados no disco de um microcomputador acoplado em um CCD, num diretório de trabalho previamente definido. Após a coleta de um conjunto de espectros, geralmente espectros de um dia, os mesmos devem ser transferidos para um diretório que os identifica, juntamente com o correspondente espectro de Indeno. Sugere-se a estrutura de diretórios proposta na Figura 2, onde o diretório principal "ESPECTROS DENTES" identifica o conjunto de espectros. O segundo nível "Brutos (PRN) e Originais (SPE)" identifica o formato do arquivo em que estão armazenados os espectros. O terceiro nível separa os espectros por data de coleta e o quarto nível separa-os por tipo de amostra e armazena o espectro de Indeno correspondente. Sugere-se os nomes dos arquivos sejam padronizados de acordo com os nomes proposto neste trabalho, ou seja, os nomes dos arquivos são compostos por no máximo 8 caracteres, sendo que o número da amostra deve ser definido com 3 dígitos, conforme mostra a Figura 2. 5

8 Armazenamento e organização de espectros Figura 2 Estrutura de diretório e nomes de arquivos 6

9 5. Conversão dos espectros Conversão de espectros Após coletado do espectro pelo CCD, os arquivos devem ser armazenados em diretórios conforme sugerido na Figura 2. Originalmente os arquivos são coletados no formato de figuras com extensão.spe. Para converter os espectros para o formato de tabelas numéricas, com o auxilio dos programa Winspec da Princeton Instruments, programa este que acompanha o CCD. Após abrir com o WinSpec cada arquivo SPE, utiliza-se a opção File - Save As e escolhe-se, no listbox File Type, a opção ASCII-XY (Figura 3), e repetem-se os procedimentos para todos os espectros. Feitas as conversões dos arquivos, iniciam-se os procedimentos de análise e classificação dos mesmos, objetivando o diagnóstico de possíveis lesões dentárias. Figura 3 Tela programa Winspec 7

10 6. Inicialização do SADLD inicialização do SADLD Para utilização do SADLD, é necessário em primeiro lugar estar com o MATLAB 5.3 instalado no microcomputador a ser usado. Manter no referido microcomputador os diretórios sugeridos na Figura 2, com os espectros, e outro diretório com as rotinas desenvolvidas para fins de diagnóstico de lesões dentárias. Colocar o MATLAB a funcionar clicando no ícone do referido programa. Quando aparecer na tela do micro o prompt (tela) desse programa, deve-se inicialmente acionar a ferramenta <Path Browser> indicar em quais diretórios estão as rotinas, seguindo os segintes passos (Figura 4): 1. Clicar no botão <Browse...>, localizar o(s) diretório(s) onde se encontram as rotinas, um de cada vez, neste caso os subdiretórios DENTES e COMUM; 2. Ao localizar um dos diretórios clicar no botão <OK> logo após no botão <Add to path>, repetir esse procedimento para os dois subdiretórios; 3. Ao adicionar todos os diretórios no Path, não pode esquecer de salvar estas informações, pois sem elas o MATLAB não encontra as rotinas; 4. Para salvar deve-se acionar no Menu a opção File Save path, e fechar a janela da ferramenta Path Browser que foi aberta. Essa etapa inicial precisa ser realizada todas as vezes que se utilizada o sistema SADLD, ou se o aplicativo for desconfigurado. Uma vez configurado o MATLAB deve-se digitar no prompt do referido programa a sigla que identifica o sistema, neste caso SADLD seguido da tecla <ENTER>. Na etapa seguinte aparece o Menu do SADLD (Figura 5), o usuário poderá clicar em um dos sete botões que compõem o menu, de acordo com os objetivos pretendidos. Podem ser analisados espectros individuais ou grupos de espectros, no formato bruto ou calibrado. 8

11 inicialização do SADLD Figura 4 Ferramenta Path Browser 9

12 7. Menu principal do SADLD Conversão de espectros O menu do SADLD é composto por nove botões acionáveis com um clique do mouse. Cada botão tem uma função diferente, sendo que os três primeiros são usados para espectros brutos, do quarto ao sexto para espectros calibrados, o sétimo para validar o espectro de Indeno, o oitavo apresenta informações sobre o sistema e o nono finaliza o uso do mesmo. Figura 5 Menu do SADLD 10

13 Diagnóstico de espectros brutos 8. Diagnóstico de Espectros Brutos Espectros brutos são aqueles no formato original, sem a utilização de qualquer filtro ou ferramenta matemática de análise. 8.1 Diagnóstico Automático de espectros brutos Para diagnosticar um espectro bruto, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico AUTOMÁTICO de espectros BRUTOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 1. Escolher um espectro para definir a linha de corte; 2. Ler as mensagens que são emitidas pelo sistema, definindo os próximos passos; 3. Confirmar ou digitar os parâmetros para extração automática dos picos; 4. Confirmar ou digitar o ponto da linha de corte; 5. Escolher o espectro para ser diagnosticado; 6. Escolher se deseja ou não imprimir o gráfico; 7. Escolher se deseja salvar ou não o gráfico em disco. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais espectros ou clicar no botão <CANCELAR>. Observações: 1. O espectro escolhido para definir a linha de corte, deve ser do mesmo grupo do espectro a ser diagnosticado. 2. No diagnóstico de espectros brutos, o Indeno só é utilizado para alinhamento do espectrômetro. 8.2 Diagnóstico Automático de um grupo de espectros brutos Para diagnosticar um grupo de espectros brutos, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico AUTOMÁTICO de um GRUPO de espectros BRUTOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 8. Escolher um espectro para definir a linha de corte; 9. Ler as mensagens que são emitidas pelo sistema, definindo os próximos passos; 10. Confirmar ou digitar os parâmetros para extração automática dos picos; 11. Confirmar ou digitar o ponto da linha de corte; 12. Escolher o espectro para ser diagnosticado; 13. Escolher se deseja ou não imprimir o gráfico; 14. Escolher se deseja salvar ou não o gráfico em disco. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais grupos de espectros. 11

14 Diagnóstico de espectros brutos Observações: 3. O espectro escolhido para definir a linha de corte, deve ser do mesmo grupo de espectros a serem diagnosticados. 4. No diagnóstico de espectros brutos, o Indeno só é utilizado para alinhamento do espectrômetro. 8.3 Diagnóstico Semi-automático de espectros brutos Para diagnosticar um espectro bruto, na forma semi-automática, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico SEMI-AUTOMÁTICO de espectros BRUTOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 1. O sistema mostra uma janela com explicações dos próximos passos; 2. Escolher um espectro para ser diagnosticado; 3. Ler as informações necessárias para os próximos passos, ou seja, a marcação dos pontos; 4. Efetuar a marcação dos pontos propriamente dita (três pontos); 5. Clicar na parte cinza do gráfico; 6. Escolher se deseja ou não imprimir o diagnóstico no gráfico, são dois o X e o X n ; 7. Escolher de deseja ou não imprimir o gráfico; 8. Escolher se deseja salvar ou não o gráfico em disco. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais espectros ou clicar no botão <CANCELAR>. Observações: 1. No diagnóstico de espectros brutos, o Indeno só é utilizado para alinhamento do espectrômetro. 12

15 Diagnóstico de espectros calibrados 9. Diagnóstico de espectros calibrados Espectros calibrados são os espectros originais (brutos) transformados de pixel para cm -1. Utilizando a tabela de calibração obtida a partir do Indeno, define-se o grau de um polinômio que será utilizado para a remoção de background, neste trabalho definiu-se empiricamente um polinômio de grau 6, e o sistema processa a calibração do(s) espectro(s). 9.1 Diagnóstico Automático de espectros calibrados Para diagnosticar um espectro calibrado, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico AUTOMÁTICO de espectros CALIBRADOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 1. Ler as mensagens que são emitidas pelo sistema, definindo os próximos passos; 2. Confirmar ou digitar os parâmetros para extração automática dos picos; 3. Escolhe um espectro de Indeno para gerar a tabela de calibração e a tabela TABCAL ou escolhe uma tabela TABCAL já existente no disco; 4. Escolhe o grau do polinômio para criação da tabela de calibração, neste trabalho usou-se Grau 4, Com Endpoints; 5. Escolhe a faixa espectral, para dentes 755 pontos; 6. Define se irá diagnosticar espectros de dentes ou apenas calibrar qualquer espectro; 7. Define o grau do polinômio para fins de remoção de background, neste experimento usou-se polinômio de grau 6; 8. Escolher o espectro para ser diagnosticado; 9. Escolher se deseja ou não imprimir o gráfico; 10. Escolher se deseja salvar ou não o gráfico em disco. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais espectros ou clicar no botão <CANCELAR>. Observações: 1. No diagnóstico de espectros calibrados, o Indeno utilizado deve ser o mesmo que foi coletado no alinhamento do espectrômetro. 9.2 Diagnóstico Automático de um grupo de espectros calibrados Para diagnosticar um grupo de espectros calibrados, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico AUTOMÁTICO de um GRUPO de espectros CALIBRADOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 11. Ler as mensagens que são emitidas pelo sistema, definindo os próximos passos; 12. Confirmar ou digitar os parâmetros para extração automática dos picos; 13

16 Diagnóstico de espectros calibrados 13. Escolhe um espectro de Indeno para gerar a tabela de calibração e a tabela TABCAL ou escolhe uma tabela TABCAL já existente no disco; 14. Escolhe o grau do polinômio para criação da tabela de calibração, neste trabalho usou-se Grau 4, Com Endpoints; 15. Escolhe a faixa espectral, para dentes deve ser 755 pontos; 16. Define se irá diagnosticar espectros de dentes ou apenas calibrar quaisquer outros espectros; 17. Define o grau do polinômio para fins de remoção de background, neste experimento usou-se polinômio de grau 6; 18. Escolher o espectro do diretório onde estão os espectros para serem diagnosticados; 19. Escolher se deseja ou não imprimir os gráficos; 20. Escolher se deseja salvar ou não os gráficos em disco. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais grupos de espectros. Observações: 1. No diagnóstico de espectros calibrados, o Indeno utilizado deve ser o mesmo que foi coletado no alinhamento do espectrômetro. 9.3 Diagnóstico Semi-automático de espectros calibrados Para diagnosticar um espectro calibrado, na forma semi-automática, deve-se clicar com o mouse no botão <Diagnóstico SEMI-AUTOMÁTICO de espectros CALIBRADOS>, e, com o auxilio do mouse, executa os seguintes passos: 1. Ler as mensagens que são emitidas pelo sistema, definindo os próximos passos; 2. Escolhe um espectro de Indeno para gerar a tabela de calibração e a tabela TABCAL ou escolhe uma tabela TABCAL já existente no disco; 3. Escolhe o grau do polinômio para criação da tabela de calibração, neste trabalho usou-se Grau 4, Com Endpoints; 4. Escolhe a faixa espectral, para dentes 755 pontos; 5. Define se irá diagnósticar espectros de dentes ou apenas calibrar qualquer espectro; 6. Define o grau do polinômio para fins de remoção de background, neste experimento usou-se polinômio de grau 6; 7. Escolher o espectro para ser diagnosticado; 8. Marca os pontos do espectros para o diagnóstico, conforme protocolo previamente informado pelo sistema nuam janela; 9. Escolhe se deseja ou não imprimir os diagnósticos no gráfico (X e X n ); 10. Escolher se deseja ou não imprimir o gráfico; 11. Escolher se deseja salvar ou não o gráfico em disco. 14

17 Diagnóstico de espectros calibrados Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais espectros ou clicar no botão <CANCELAR>. Observações: 1. No diagnóstico de espectros calibrados, o Indeno utilizado deve ser o mesmo que foi coletado para o alinhamento do espectrômetro. 15

18 Validação de espectros de Indeno passos: 10. Validação de espectros de Indeno Esta rotina tem dois objetivos principais: o primeiro é simplesmente criar a tabela TABCAL, utilizada para fins de calibração dos demais espectros coletados; o segundo é validar um espectro de Indeno, ou seja, quando o espectro de Indeno é coletado, parte-se do principio que o espectrômetro está alinhado, porém isto é feito de forma visual, esta rotina poderá também ser usada para ratificar esta decisão do especialista. Ao clicar no botão <Validação de espectros de INDENO> deve-se seguir os seguintes 1. Escolhe-se com o mouse um espectro de Indeno bruto; 2. O sistema emite uma mensagem informando se o espectro é válido ou não para calibração de outros espectros; 3. Escolhe-se o mesmo espectro ou outro para ser calibrado e efetuar a mesma confirmação porem agora com espectro calibrado; 4. Efetua a marcação dos 5 pontos do Indeno, manualmente com o auxilio do mouse; 5. Clica na parte cinza do gráfico; 6. Escolhe se imprime ou não os pontos no gráfico; 7. Escolhe se imprime ou não o gráfico; 8. Escolhe se salva ou não o gráfico em disco; 9. O sistema emite uma mensagem com o resultado da calibração e marcação dos pontos. Esses procedimentos podem ser repetidos quantas vezes forem necessárias para um ou mais espectros de Indeno ou clicar no botão <CANCELAR>. 16

19 Manual de Operação SADLD Software Versão 1.0 Março / 2003 Autores: José de Oliveira Filho Sokki Sathaiah Hassan Ahmad Sidaoui UNIVAP Universidade do Vale do Paraíba IP&D Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento Laboratório de Espectroscopia Biomolecular GEB Grupo de Engenharia Biomédica Av. Shishima Hifumi, Urbanova São José dos Campos, SP, Brasil, CEP Fone: (12) Fax: (12) joliv@univap.br, sokki@univap.br, hassan@univap.br Site: