Plano da aula de hoje

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1 Plano da aula de hoje Motivação Conceitos básicos de proc. imagens 1 pixel/voxel 1 resolução, discretização, faixa dinâmica 1 efeitos de filtros em imagens: atenção PACS e integração a Sistema de Informação Hospitalar Demo de SI3/PACS As aulas estão no site: 1

2 Ferramentas p/ praticar sugestão: usar o programa ImageJ em java para visualizar as imagens e os resultados ou programas p/ fotografias Matlab, java, exemplo:

3 Imagens Médicas M Digitais Introdução, PACS, Formação de Imagens Médicas, M Princípios Físicos e Modelos

4 Proc. Digital de Imagens Formação Aquisição Rec. Tomog. Identific. de estruturas Pré-proc. Segment. Reconh. Quantif. e Visualiz. Cálculos Comp.Graf. Parametr. Interpretação Classificação Intel. Artif. Redes neurais Integr. Inform. c Kinetic Energy Normalized Kinetic Energy 7 normal subjects Cardiac Cycle HD JG LS CM WP ML AS

5 O que são imagens digitais?

6 Processo de Discretização 4x 16x

7 Processo de Discretização tons de cinza Pixel= picture element (local, valor) Voxel=volume element

8 Bits, bytes Representação numérica na base 2 Bit é o dígito d na base 2: {0, 1} Byte é composto por 8 bits x 2 x x =5

9 Pixel: picture element (local e valor) tons de cinza

10 Conceitos básicos Imagem digital => matriz n-dimensional 1 2D => pixel (picture element) raio X - CR (4096 x 4096 x 2B) 1 3D => voxel (volume element) CT multi-slice (700cortes x 512 x 512 x 2B) XA (1000 quadros x 512 x 512 x 1B) 1 4D => spel (space element) gated SPECT, RM,.. 1 multi-atributos RM (PD, T1, T2) F:I n -> R m

11 Exemplo: Câmera Digital e TVs seja 3.1 Mpixel ( ~ 2000 x 1500) elementos Matriz bi-dimensional com 2000 colunas e 1500 linhas => 3.1 milhões de elementos Cada pixel: cor => RGB 1 1 byte por cor => 3 B 1 => 9.3 MB por foto 1 => compressão => 500 kb TV analógico gico: : ~480 x 640 DVD : 720 x 960 HDTV: 1080 x 1920 (formato( 16:9)

12 Resumo: Matriz número de dimensões (espaço) número de elementos por dimensão número de atributos (medidas por elem.) número de bits ou bytes por elemento 1 CT multi-slice (700cortes x 512 x 512 x 2B) 1 3D, 700 em z, 512 em x e y, 1 atributo,, 2 bytes por elemento MB y z x

13 Comparativo: tamanho de imagens MN RM CT DSA CR Mamo

14 Médicas: Tamanhos TípicosT Gated Blood Pool: 128 x 128 x 32 x KB CT Scan & MRI: 512 x 512 x KB RX estático: tico: 2048 x 2048 x MB Estudo 3D CT: 512 x 512 x 1000 x MB Hemodinâmica: x 1 x 30/s x 100s GB

15 Exercício cio Qual a ordem de grandeza,, em mm, de um pixel em CT da cabeça? 1 suponha imagem com 500 x 500 pixels 1 campo de visão (objeto)) com 250 mm x 250 mm

16 250 mm/500 pixels=0,5 mm/pixel => 0,5 mm x 0,5 mm

17 Exercício cio 2 Se imprimíssemos uma imagem 500 x 500 pixels em filme ou papel com resolução de 600 dpi - dots per inch (~25 pixel por mm) sem interpolação (i.e, associando um dot para cada pixel), qual seria o tamanho, em mm, da imagem?

18 500/25 mm x 500/25 mm =2 cm x 2 cm

19 Para um filme de raio X de 400 mm x 400 mm, qual a quantidade equivalente de pixels, supondo 600 dpi (~ 25 pontos/mm) e sem interpolação ão?

20 soluções 400 mm x 25 pontos/mm = x = 100 Mpixels!

21 Conceitos básicos b da qualidade Resolução Espacial 1 Define riqueza de detalhes da imagem Resolução de Profundidade 1 Define riqueza de meios-tons 1 Define cores Tamanho da Imagem Calibração 1 Tamanho do píxel,, intensidade, tabela de cores Relação sinal/ruído

22 640h x 480v em 256 cores

23 320h x 240v em 256 cores

24 160h x 120v em 256 cores

25 80h x 60v em 256 cores

26 40h x 30v em 256 cores

27 640h x 480v em 256 tons de cinza

28 640h x 480v em 8 tons de cinza

29 640h x 480v - imagem binária

30 Imagens: características Contraste Resolução espacial Resolução intens.:1/256 => Faixa dinâmica [0, 255] => Desafio: compactação de info.. p/ apresentar os parâm. diagnósticos fundam. c b = b a a a a + b b Resp. impulso FWHM

31 Histograma Séri Entre 51 e 100 Exemplos com excel:

32 distr. const, 32x32 distr. const, 32x Seqüência

33 intensidade do monitor Exemplos práticos contraste / brilho (window / level) 10 Histograma 100% Seqüência level window valor pixel Exemplos com ImageJ:

34 Imagens: sinal/ruído melhor Imagem com ruído (gauss, dp=10) Filtrado, mean, r=1

35 Filtro adequado! Filtro Média, r=1 original Ruído salt pepper Filtro Mediana, R=1

36 Imagens: efeito de filtro (suavização) Original 238 x 253, 8 bits 58kB Filtrado, média, r=2 Filtrado, média, 2 x (r=2

37 Resumo: qualidade Resolução Espacial 1 Define riqueza de detalhes da imagem Resolução de Profundidade 1 Define riqueza de meios-tons 1 Define cores Tamanho da Imagem Calibração 1 Tamanho do píxel,, intensidade, tabela de cores Relação sinal/ruído

38 Aplicação: Visualização 2D e context Reslice Estruturas dinâmicas Compressão,, PACS Telemedicina

39 Seleção de série para visualização

40 plicação: Visualização de superfícies 1 Segmentação (contornos) primitivas 1 Rendering mapeamento p/ 2D Exemplos no ImageJ: MIP, stack,

41 Aplicação : fusão Conjugação de imagens para melhorar a sensitividade e especificidade diagnóstica (fusão) Alinhamento de imagens 3D 1 Estudo multi-modal modal (CT, MRI, SPECT,..) quantitativa 1 Aumento da sensitividade e da especificidade diagnóstica

42 Aplicação : Quantificação Área Volume Distância 3D Curva de evolução temporal Índices 1 variação (fração de ejeção,...) 1 derivadas (taxas de enchimento,...) Kinetic Energy Normalized Kinetic Energy 7 normal subjects Cardiac Cycle HD JG LS CM WP ML AS

43 Aplicação : estruturas 3D

44 Aplicação : análise Visualização 3D, 3D dinâmica Visualização em direções oblíquas Aspectos funcionais 1 movimento, contração 1 fisiologia, metabolismo Classificação

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46 Imagens 3D Estruturas médicas m inerentemente 3D 1 Anatomia, metabolismo, funcional Aquisição volumétrica: 1 CT (raio X) 1 Spiral CT (~1 min/ tórax) t 1 fastct 1 SPECT 1 PET 1 MRI 1 IVUS (Single Photon Emission CT) (Positron Emission Tomogr.) (Magnetic Reson. Image) (IntraVascularascular UltraSound) 1 Microscópio Confocal 1 Digitalizador 3D (laser)

47 PACS: O Sonho Recursos Comuns para Imagens

48 Formato de arquivos Proprietários rios Interfile ACR-NEMA 1 (1985) 1 American College of Radiography - National Electrical Manufacturer s Association ACR-NEMA 2 (1988) DICOM3 (1992, 1994) 1 Digital Imaging Communication in Medicine 1 formato p/ imagens 1 modelo de informação hierárquica rquica multimodal 1 protocolo de comunicação e serviços 1 GE, Philips, Siemens, Adac,,...(RSNA 95)

49 Tecnologia disponível Hardware 1 servidores 1 workstations 1 microcomputadores pessoais 1 terminais Sistemas operacionais 1 Unix, Linux,,... 1 MS Windows (NT, XP,...) 1 MacOS 1...

50 Tecnologia de software Prog. Custo/ O.S Fornec. Visual licença 3dviewnix N - Unix UPenn Khoros S 250 Unix Khoral Res.Inc Data S 8000 Unix IBM Explorer AVS S Unix, AVS Inc Windows Mathlab N 7000 Unix, MathWorks Inc Windows IDL S 1 Photoshop 1 Paint Shop 1 Corel Draw 1ImageJ (free, java,, científico, )

51 Integração do Sistema de Informações Hospitalares(HIS) com o Sistema de Transmissão, Distribuição e Arquivamento de Imagens Médicas(PACS) Serviço de Informática - SINFO Instituto do Coração de São Paulo(InCor)

52 anorama: O Hospital InCor Equipamentos de Imagem Tomografia Computadorizada Multislice Ressonância Magnética Hemodinâmica Ultrasom/Eco PET Angiografia Medicina Nuclear

53 Agenda HIS PACS Servidor de Imagens Registro/ Admissão BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Setor de Exames (espera) Worklist Paciente faz Exame

54 Contempla todas as Modalidades Worklist Armazenamento Seguro Gerência de ocupação dos discos (Online, NearLine, OffiLine) Gravação de DVD para backup Administração Simples pela WEB Integração com HIS Controle de acesso às s informações Gravação de CD s s p/ distribuição

55 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Servidor de Imagens

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58 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Ver Imagens Servidor de Imagens

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62 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Ver Imagens Servidor de Imagens Seleciona Imagens

63 Seleção de Imagens

64 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Ver Imagens Servidor de Imagens Seleciona Imagens Finalizar / Liberar

65 Liberar

66 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Ver Imagens Servidor de Imagens CD: Imagens Impressã + Laudo Seleciona Imagens Finalizar / Liberar

67 Impressão de Laudo + Imagens

68 CD com Imagens + Laudo

69 Elaborar Laudos BD Pacientes com Informações Cadastrais & PACS Paciente Ver Imagens Servidor de Imagens CD: Imagens Impressã + Laudo Seleciona Imagens Finalizar / Liberar

70 O Problema: Como Recuperar tanta informação?

71 Prontuário do Paciente Exames: Laudos e Imagens Consulta, Recuperação, Pesquisa Relatório de Cirurgia Prescrição Evolução Outros PEP: Prontuário Demorada? Eletrônico do Sumiram Paciente papeis?

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79 Resultados Quase eliminação de erros de digitação Aumento de produtividade: Menor Tempo de Espera Menor Tempo para Elaborar Laudos Menor consumo de Papel Menor consumo de Filmes Distribuição de CD's (Laudo e Imagens) Agilidade na Consulta e Recuperação

80 Próximos Passos Assinatura Eletrônica Regulamentação do Prontuário Eletrônico (CFM, SBIS) Eliminação do Armazenamento físico (papel)

81 Conceitos Importantes sobre PACS Sistema de Aquisição 1 digital, analógico eletrônico, analógico filme Interface para Rede 1 full, troca de arquivos, só em disco Formato de Dados e Imagens 1 aberto, fechado,, DICOM, HL7