Relatórios de Iniciação Científica

IMPLEMENTAÇÃO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS PARA O CONTROLE DE QUALIDADE DE IMAGENS PET

Autor: Eduardo dos Santos Rodrigues; Orientador: Isabelle Viviane Batista Lacerda

Resumo: Positron Emisson tomography (PET) é uma técnica de obtenção de imagem que utiliza radioisótopos de meia-vida curta e permite uma análise não invasiva dos processos metabólicos do corpo humano. No processo de formação de imagens PET é gerado ruído e isso compromete a resolução das mesmas. Deste modo, é essencial a utilização de ferramentas de Controle de Qualidade (CQ) das imagens PET para garantir qualidade adequada para sua a finalidade de seu uso. Implementar ferramentas computacionais para CQ de imagens PET. O projeto desenvolvido utilizando a linguagem de programação Python, a e apoiado nisso foram desenvolvidos programas de complexidade simples e intermediária usando o software Visual Studio Code, a fim de proporcionar familiaridade com essa linguagem e esse ambiente de programação. Foram utilizadas imagens PET no formato Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) e foram obtidas através de bancos de dados gratuitos disponíveis online, como o Virsus e o The Cancer Imaging Archive. Nelas foram aplicados filtros lineares média, gaussiano e não-lineares mediana para redução de ruído usando a linguagem Python versão 3.7.3, com seus respectivos módulos para uso em imagens médicas. Foi desenvolvido um software com uma interface para executar o funcionamento dos filtros citados. Para a implementação de ferramentas computacionais de CQ de imagens PET são necessárias várias etapas. Inicialmente, foi desenvolvida uma interface gráfica responsável por abrir imagens DICOM. Através do software é concebível visualizar as imagens, após a abertura de seu arquivo, é possível aplicar os filtros de modo que seus resultados possam ser observados. A interface é composta por um menu que contém duas opções, “Abrir arquivos” e “Filtros”. Na interface é possível abrir as imagens DICOM, que ficarão disponíveis para a seleção do usuário. A imagem, após escolhida, será mostrada e já estará utilizável para implementação dos filtros. Logo após a imagem ser escolhida é possível selecionar qual filtro será aplicado e, em seguida resulta uma nova imagem com o filtro selecionado. Visto isto, a interface desenvolvida é um software capaz de abrir imagens DICOM e aplicar os filtros Média, Mediana e Gaussiano nas imagens. A partir disso, foi observada a redução do ruído salt and pepper e do ruído gaussiano.

Palavras-chaves: Positron emisson tomography; Controle de qualidade; Software

IMPLEMENTAÇÃO DE FERRAMENTAS COMPUTACIONAIS PARA CONTROLE DE QUALIDADE DE IMAGENS PET/CT

Autor: Rômulo José Bignetti Veloso; Orientador: José Wilson Vieira

Resumo: A radioterapia é um dos tratamentos realizados contra o câncer. Este procedimento utiliza radiações ionizantes que tem a capacidade de eliminar o avanço de células cancerosas no corpo humano. Para o planejamento deste tratamento podem ser utilizadas as imagens obtidas por técnicas de varredura. A tomografia computadorizada (CT – Computed Tomography) é um exame de em que são obtidas imagens de finas secções transversais do corpo (cortes tomográficos), utilizando feixes colimados de raios-X. Já a técnica Positron Emission Tomography (PET), que está sendo cada vez mais usadas no planejamento radioterápico, é capaz de mostrar as atividades metabólicas dos tumores a serem tratados. Ambas as técnicas tem características que devem ser melhoradas após a varredura, por exemplo, as imagens PET tem grande quantidade de ruído. Dessa forma, é necessário que sejam utilizados métodos e a realização de um conjunto de medições e análises de controle de qualidade (CQ). Estes tem a finalidade de garantir que o sistema esteja cumprindo suas especificações técnicas. Este projeto teve como objetivo implementar ferramentas computacionais para controle de qualidade de imagens PET/CT. Os testes de CQ implementados foram para analise da resolução espacial de alto contraste, resolução de baixo contraste, uniformidade dos números CT, exatidão dos números CT, espessura de corte e ruído. Para manipular essas informações, foi utilizada a linguagem de programação de alto nível orientada a objeto Python, criada por Guido van Rossum. Além disso, foi criada uma interface em Python que atualmente é capaz de realizar a busca de uma imagem no formato Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM) com a finalidade de manipular seus dados para alcançar o valor de um parâmetro em questão.

DESENVOLVIMENTO DE UM BANCO DE DADOS COM IMAGENS CT PARA CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA DO HOMEM DE REFERÊNCIA NORDESTINO

Autor: Anne Isabelle Silva de Oliveira Lima; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Ivan Eufrázio de Santana

Resumo: As radiações ionizantes são bastante empregadas no diagnóstico e na terapia de diversas patologias. Devido a isso, surgiram os simuladores do corpo humano chamados de fantomas, cuja finalidade é a de aprimorar a dosimetria e a radioproteção das técnicas existentes, já que o cenário considerado ideal envolveria o uso de corpos reais e o uso de detectores, tornando-se um procedimento não viável e eticamente incoerente dada à exposição sem suficiente benefício ao próprio indivíduo. Os fantomas são modelos que apresentam semelhanças às estruturas biológicas, seja em morfologia e em geometria, em substituição às estruturas reais em simulações da interação da radiação com a matéria. São empregados como um dos componentes envolvidos em Modelos Computacionais de Exposição (MCEs). Neste plano de atividades, os objetivos almejados consistem em construir um Banco de Dados relacional a partir de dados obtidos em imagens tomográficas obtidas de pacientes reais oriundos do Nordeste brasileiro, modelando esses dados de acordo com os requisitos definidos, em observância às variáveis e características de estudo (como por exemplo, idade, sexo e localidade), com sua posterior implementação na construção de um fantoma específico do referido grupo populacional. A metodologia empregada consistiu no estudo dirigido acerca dos tipos de fantomas existentes, das técnicas de aquisição tomográfica e da estrutura de um Banco de Dados, no que tange a parte lógica e física, culminando no desenvolvimento de um Banco de Dados relacional. Ao final do projeto, têm-se como resultados um Banco de Dados construído em Linguagem SQL e tendo como Sistema Gerenciador de Banco de Dados (SGBD) o MySQL, com suas funcionalidades testadas e pronto para ser populado com os dados referentes a cada paciente participante do projeto, além de um espaço de armazenamento no Drive de um endereço de e-mail vinculado à plataforma Google, o qual pode ser utilizado como repositório de imagens, a fim de facilitar o acesso e reduzir as chances de perda de dados. 

Palavras–chave: Banco de Dados; Fantoma; Homem nordestino

IMPLEMENTAÇÃO DE MÉTODOS DE DEFINIÇÃO DE VOLUME DE IMAGENS PET PARA USO EM PLANEJAMENTO RADIOTERÁPICO POR DOSE PAINTING

Autor: Jaubert Gualberto Lima Gouveia; Orientador: Luis Rodrigo D’Andrada Bezerra

Resumo: O objetivo deste trabalho é o desenvolvimento de métodos de segmentação de imagens de tomografia por emissão de pósitrons (Positron Emission Tomography – PET), na linguagem python. Os métodos serão implementados ao software BiomedImage, desenvolvido pelo Grupo de Dosimetria Número e Sistemas Embarcados – GDN&SE. Para a implementação dos métodos adequados é necessário a criação de ferramentas que utilizem técnicas de filtragem eficientes para ruídos presentes nas imagens médicas, no formato Digital Imaging and Communications in Medicine – DICOM. As categorias de ruídos abordados no trabalho foram o Gaussiano e Salt and Pepper. Pelo modo como são gerados e suas características gerais, a técnica de filtragem que é mais eficaz ao se lidar com essas categorias de ruído são os filtros espaciais como o Gaussiano, Média e Mediana. Cada filtro tem maior eficácia com categorias diferentes de ruído. A implementação do Mediana apresenta melhores resultados quando aplicado a uma imagem afetada por um ruído Salt and Pepper. Já os filtros Gaussiano e Média são melhores no tratamento de ruídos do tipo Gaussiano, por mais que o Mediana ainda consiga fornecer resultados satisfatórios. As imagens utilizadas nesse trabalho foram obtidas por meio de bancos de dados online como o Virsus e o The Cancer Imaging Archive. Para a implementação dos filtros em python, foram usadas diversas bibliotecas disponíveis na linguagem, como: pydicom, OpenCV, matplotlib, PIL, tkinter, numpy. Por meio da tkinter, foi desenvolvida uma ‘interface’ para poder elucidar o funcionamento dos filtros e a manipulação das imagens DICOM pela linguagem python. Com esse programa foi ratificado a utilidade dos filtros apresentados para o tratamento dos ruídos quando presentes nas imagens.

Palavras–chave: filtros; imagens médicas; PET; python

CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA FÍSICO DO TÓRAX HUMANO USANDO PROTOTIPAGEM RÁPIDA E MODELAGEM MANUAL

Autor: Eweling Layce Melo Guerra; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Ivan Eufrázio de Santana

Resumo: Em proteção radiológica é comum realizar estudos em dosimetria das radiações ionizantes. Para isso são utilizados três componentes básicos: uma fonte de radiação, detectores e um modelo antropomórfico (fantoma). A maioria dos fantomas físicos existentes no mercado são caros e não possuem todos os detalhes do corpo humano. O objetivo deste trabalho foi utilizar a prototipagem rápida e modelagem manual para construir um fantoma físico mais detalhado de um tórax humano contendo ossos, pulmões e tecido mole. O projeto foi dividido em quatro etapas (aquisição das imagens tomográficas de um tórax humano, obtenção do modelo 3D do tórax no formato aceito pela impressora 3D (STL), impressão 3D e ajustes finais através de modelagem manual). A aquisição e o processamento das imagens foram feitos através do software livre 3D Slicer. E consistiu em eliminar artefatos e segmentar a região de interesse. Assim foi gerado o modelo 3D do tórax. As regiões dos ossos e pulmões foram subtraídas para que fosse impresso apenas o tecido mole, uma vez que a densidade do material de impressão se encontra nessa faixa. O modelo 3D resultante, com dimensões de 384.30 mm x 285.41 mm x 349.15 mm, foi cortado em 17 fatias de 25 mm e em duas metades (direita e esquerda) através do software livre Slic3r. Esses cortes foram necessários para não ultrapassar as dimensões máximas da bandeja de impressão (300 mm x 200 mm x 150 mm). As fatias foram impressas, uma de cada vez, na impressora 3D de tecnologia Polyjet do Laboratório de Dosimetria Numérica do Centro de Pesquisa do IFPE. Essa tecnologia constrói o objeto 3D através de finas camadas de resina curadas por luz ultravioleta. O material de impressão utilizado foi o VeroWhite e o de suporte foi o SUP706. Após a impressão, cada fatia foi colocada em uma solução de banho maria contendo hidróxido de sódio e metassilicato de sódio, dissolvidos em água, para remoção do material suporte. Até o momento, foram impressas 6 peças, não sendo possível concluir todo o plano de atividades devido à pandemia. 

Palavras–chave: fantoma físico; prototipagem rápida; impressora 3D; imagens tomográficas

DESENVOLVIMENTO E IMPLEMENTAÇÃO DE UM PLANO DE GERENCIAMENTO DE DESCARTE DOS RESÍDUOS PRODUZIDOS POR IMPRESSORAS 3D POLYJET

Autor: Monara Celina Matos da Silva; Orientador: Pedro Henrique Avelino de Andrade; Coorientador: José Wilson Vieira

Resumo: No âmbito da oncologia, a radioterapia é um tratamento largamente utilizado. Para melhorias na técnica, são necessários testes em materiais sintéticos que substituem o ser humano. Os fantomas antropomórficos são criados com este objetivo, podendo ser computacionais ou físicos. Os fantomas físicos são criados através da manufatura aditiva com materiais tecido- equivalentes. A manufatura aditiva possui diversas tecnologias, sendo a Polyjet uma delas. O Grupo de Dosimetria Numérica e Sistemas Embarcados (GDN) possui entre suas linhas de pesquisa a elaboração de fantomas físicos e computacionais e a opção que melhor se adequou aos objetivos do grupo foi a Polyjet. No Laboratório Multiusuário de Dosimetria Numérica (LDN) o modelo de impressora utilizada é a Objet30 Prime da marca stratasys. Durante esse processo de impressão, são gerados resíduos oriundos da própria impressora, bem como uma solução composta de hidróxido de sódio (NaOH) e metassilicato de sódio (Na2SiO3), utilizada para dissolução do suporte de impressão, que tem como objetivo diminuir a limitação geométrica da impressora. Como resultado dessa geração de resíduos, viu-se o acúmulo desses materiais no LDN. Sendo assim, esse trabalho tem como objetivo o gerenciamento dos mesmos, visando mitigar o impacto ambiental causado por eles. A metodologia foi constituída em 3 partes principais. A primeira delas consistiu em uma revisão bibliográfica para levantar dados de impactos ambientais. A segunda, por sua vez, teve como foco a neutralização da solução alcalina usada para dissolução do suporte de impressão. E, por fim, a terceira, cujo objetivo foi a solidificação do rejeito gerado pela impressora 3D objet30 prime, como forma de desburocratizar o seu posterior descarte. A perspectiva deste trabalho consiste em encontrar soluções para os problemas encontrados nos procedimentos, como a formação de um sal insolúvel desconhecido na reação de neutralização, e uma fração do rejeito da impressora que não foi possível solidificar.

Palavras-chave: fantomas; manufatura aditiva; resíduos químicos; impactos

CONSTRUÇÃO DE BANCO DE BATERIAS COMO FONTE ALTERNATIVA DE ELETRICIDADE PARA IMPRESSORAS 3D EM CASO DE FALHA NA REDE PRINCIPAL

Autor: Hugo Rodrigues Nascimento de Lima; Orientador: José Wilson Vieira

Resumo: O presente trabalho tem como objetivo construir um banco de baterias para uma impressora 3D que permita sua operação em momentos de falha na rede elétrica. Utilizada em projetos do Grupo de Dosimetria Numérica a impressora da Stratasys, Objet30 Prime, necessita de uma estabilidade na rede elétrica para operar corretamente. Tendo em vista as falhas que podem ocorrer na rede do Centro de Pesquisa (CP) do IFPE Campus Recife, o banco de baterias se tornou uma possibilidade para contornar o problema. O material de impressão usado pela impressora é um fotopolímero líquido que ao entrar em contato com a luz ultravioleta (UV) se solidifica. Devido essa tecnologia, ela deve estar sempre ligada para evitar entupimentos. Outros danos também podem ser ocasionados com a instabilidade da rede, como a perda da impressão e da matéria-prima. A impressora já possuía um nobreak, equipamento que a protege e mantém ligada em casos de falha na rede, porém o nobreak não funcionava corretamente. Com o objetivo de reduzir os danos causados à impressora, esse projeto teve como objetivos específicos a construção e a aplicação de um banco de baterias que, associado a um nobreak, fornecerá energia à impressora em momentos de queda de energia. O banco de baterias foi dimensionado levando em consideração a compatibilidade das características elétricas dos equipamentos envolvidos. O banco de baterias do computador foi montado e já poderá ser utilizado. Para finalizar a construção do banco de baterias da impressora, o projeto foi renovado, sendo necessário, de acordo com o planejamento desse trabalho, cabos, bornes e conectores. As baterias que serão utilizadas precisarão de uma plataforma móvel para viabilizar seu deslocamento. O conector, que liga as baterias ao nobreak, caracteriza-se como um componente essencial, devendo ser adquirido e analisada as possibilidades de: adaptação e construção de um conector compatível.

Palavras–chave: banco de baterias; impressora 3D; nobreak

CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA FÍSICO DO TÓRAX PARA AVALIAÇÕES DOSIMÉTRICAS DAS RADIAÇÕES EM MEDICINA.

Autor: Eweling Layce Melo Guerra; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Ivan Eufrázio de Santana.

Resumo: Em proteção radiológica é comum realizar estudos em dosimetria das radiações ionizantes. Para isso são utilizados três componentes básicos: uma fonte de radiação, detectores e um modelo antropomórfico (fantoma). A maioria dos fantomas físicos existentes no mercado são caros e não possuem todos os detalhes do corpo humano. O objetivo desse trabalho foi utilizar a prototipagem rápida e modelagem manual para construir um fantoma físico mais detalhado de um tórax humano contendo ossos, pulmões e tecido mole. O projeto foi dividido em quatro etapas (aquisição das imagens tomográficas de um tórax humano, obtenção do modelo 3D do tórax no formato aceito pela impressora 3D (STL), impressão 3D e ajustes finais através de modelagem manual). A aquisição e o processamento das imagens foram feitas através do software livre 3D Slicer. E consistiu em eliminar artefatos e segmentar a região de interesse. Assim foi gerado o modelo 3D do tórax. As regiões dos ossos e pulmões foram subtraídas para que fosse impresso apenas o tecido mole, uma vez que a densidade do material de impressão se encontra nessa faixa. O modelo 3D resultante, com dimensões de 384.30 mm x 285.41 mm x 349.15 mm, foi cortado em fatias 17 fatias de 2,5 mm e em duas metades (direita e esquerda) através do software livre Slic3r. Esses cortes foram necessários para não ultrapassar as dimensões máximas da bandeja de impressão (300 mm x 200 mm x 150 mm). As fatias foram impressas, uma de cada vez, na impressora 3D de tecnologia Polyjet do Laboratório de Dosimetria Numérica do Centro de Pesquisa do IFPE. Essa tecnologia constrói o objeto 3D através de finas camadas de resina curadas por luz ultravioleta. O material de impressão utilizado foi o VeroWhite e o de suporte foi o SUP706. Após a impressão, cada fatia foi colocada em uma solução de banho maria contendo hidróxido de sódio e metassilicato de sódio, dissolvidos em água, para remoção do material suporte. Até o fechamento desse relatório, foram impressas 6 peças. Ainda não foi possível concluir todo o plano de atividades, pois as atividades no IFPE foram suspensas devido à pandemia.

Palavras-chaves: fantoma físico; prototipagem rápida; impressora 3D; imagens tomográficas.

AVALIAÇÕES DOSIMÉTRICAS USANDO CATÁLOGO DE ESPECTROS DE RAIOS X DE MAMOGRAFIA

Autora: Jéssica Felix da Silva; Orientador: Fernando Roberto de Andrade Lima; Coorientador: José Wilson Vieira.

Resumo: Para avaliações dosimétricas com o procedimento da mamografia, a geometria de um fantoma deve possuir preferencialmente um modelo feminino de mama, sendo também necessária a representação de seu achatamento. Considerando que pacientes também são submetidos a posicionamentos radiográficos específicos do exame, a adaptação de uma geometria para reprodução dos mesmos, principalmente os das incidências de rotina Crânio-Caudal (CC) e Médio-Lateral Oblíqua (MLO), assim como a representação da compressão da mama, é indispensável. Para o desenvolvimento deste trabalho foi utilizada a geometria FemaleHumanAnatomy (FHA), recentemente adquirida pelo Grupo de Pesquisa em Dosimetria Numérica e pelo Grupo de Pesquisa em Dosimetria Computacional e Sistemas Embarcados (GDN), e o software de modelagem computacional Blender, versão 2.82, disponível em https://www.blender.org/. Para a obtenção de resultados dosimétricos foi utilizado o software Electron Gamma Shower, versão do National Research Council (EGSnrc) e o Modelo Computacional de Exposição (MCE) FSTA, baseado no fantoma antropomórfico feminino em ortostase e voxelizado Female Adult Mesh (FASH). Os resultados de dose por INAK (Incident Air Kerma) no tecido glandular da mama do MCE utilizado, obtidos nas simulações no EGSnrc com alguns espectros do catálogo de mamografia do GDN, demonstraram que a seleção adequada de fatores de exposição, bem como materiais do alvo e do filtro adicional apropriados, como na combinação como Mo-Rh-28kV (alvo de molibdênio, filtro adicional de Ródio e voltagem do tubo de 20 kV), podem influir no quesito qualidade de imagem e na otimização de dose num exame. Os resultados na FHA com o Blender, por outro lado, destacaram as ferramentas de deformação de malha e de restrição de deformação volumar lattice, bones e Maintain Volume, e a pintura de influências no modo de edição WeightPaint, como as mais viáveis para futura construção de um MCE com achatamento de mama e postura adaptada.

Palavras-chave: Avaliações Dosimétricas; Mamografia; FSTA; EGSnrc; Blender.

MÓDULO ANATÔMICO PARA TESTES DE INTEGRIDADE VOLUMÉTRICA EM TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA E DOSIMETRIA COMPUTACIONAL EM RADIOTERAPIA.

Autora: Fernanda Gonçalves Oliveira; Orientador: Prof. Dr. José Wilson Vieira; Coorientador: Prof. Dr. Alex C. H. de Oliveira e Prof. Dr. Vanildo Júnior de Melo Lima.

Resumo: Os aparelhos de tomografia computadorizada (Computed Tomography – CT) devem ser monitorados constantemente de modo a garantir não só o bom funcionamento do equipamento, como também a segurança radiológica dos pacientes e funcionários. Esse controle de qualidade é realizado através da análise de alguns parâmetros avaliadores das imagens CT de fantomas. Um desses parâmetros é a integridade espacial, que corresponde ao grau de fidelidade em que os órgãos internos estão sendo representados na imagem dentro de uma escala. Para análise da integridade espacial é necessário um fantoma com estruturas de dimensões conhecidas. Caso o fantoma seja antropomórfico e construído com materiais tecido-equivalentes, também pode ser usado em Modelos Físicos de Exposição. Assim, nesse trabalho foi projetado um módulo para fantoma que unisse essas duas características. A região escolhida para ser representada foi o tórax por conter os três tipos de tecidos mais importantes do ponto de vista dosimétrico: Mole, ósseo e pulmonar. Para o planejamento do módulo foram utilizados: (I) imagens CT de um paciente adulto masculino; (II) características observadas em fantomas físicos comerciais do tórax; (III) e os dados de referência da ICRP 89. Assim, dessa região foram representados os pulmões como lóbulos; o coração como um cilindro circular reto; o esterno como paralelepípedo; as costelas com angulação de 45°; as cartilagens costais como paralelepípedos e as vértebras torácicas (diferenciando o osso cortical do esponjoso) como um cilindro circular reto. Para construção do modelo físico, o projeto foi renovado e de acordo com o planejamento realizado nesse trabalho serão necessários seis tipos de materiais, sendo desses cinco materiais tecidos-equivalentes, e dois processos de fabricação: manufatura aditiva e método artesanal.

Palavras-chaves: controle de qualidade; fantoma físico; modelagem tridimensional; tórax.

DESENVOLVIMENTO DE UM MODELO COMPUTACIONAL DE EXPOSIÇÃO PARA AVALIAÇÕES DOSIMÉTRICAS EM SITUAÇÕES DE EMERGÊNCIA RADIOLÓGICA.

Autora: Gabriela Nery França; Orientador: Cláudio José Mesquita Menezes; Coorientador: José Wilson Vieira.

Resumo: A exposição a um campo de radiação pode ser de natureza médica, ambiental, ocupacional ou acidental, mas em todos os casos, o principal objetivo é a determinação da dose absorvida no corpo inteiro ou a distribuição da dose absorvida em órgãos e tecidos específicos [SANTOS, 2006]. Neste trabalho, um modelo computacional de exposição será desenvolvido para um dispositivo de dispersão radiológica (RDD) no formato de uma meia casca esférica (iglu), para uma situação problema em que temos um material explosivo, junto com um material radioativo.

Palavras-chaves: emergência radiológica, dosimetria, dispositivo de dispersão radiológica, radiação.

OTIMIZAÇÃO INTELIGENTE DE IMAGENS MÉDICAS

Autora: Yasmim Araújo Freitas; Orientador: Prof. Dr. José Wilson Vieira; Coorientadora: Prof.ª Dr.ª Lucilene Mouzinho.

Resumo: As imagens médicas são indispensáveis no diagnóstico médico e auxiliam bastante o profissional de saúde. Contudo, muitas dessas imagens precisam passar por um processamento para melhorar a identificação de algumas regiões de interesse, evitando que o profissional faça esse trabalho manualmente, pois, se trata de uma tarefa cansativa.  Esta pesquisa propõem uma otimização inteligente dessas imagens por meio do algoritmo Firefly. O algoritmo firefly é inspirado no comportamento dos vaga-lumes em relação a luminosidade de seus companheiros. Este trabalho teve como finalidade a de conhecer o algoritmo firefly, entender os tipos de imagens médicas, implementar o algoritmo firefly em ambiente de simulação e realizar uma análise comparativa entre as imagens obtidas diretamente do equipamento e as imagens obtidas após a otimização. Esses objetivos foram alcançados através das atividades metodológicas envolvendo a pesquisa bibliográfica, o desenvolvimento e implementação do software e a análise dos resultados. A aquisição de imagens ocorreu por intermédio de banco de dados de imagens médicas. A otimização foi feita utilizando o algoritmo firefly baseado no processo de segmentação das imagens, em que ele se responsabilizou pela pesquisa do limiar ideal para a separação dos objetos de interesse. Foram executados experimentos em imagens de ressonância magnética, radiografia e mamografias em que se obteve como resultados as imagens com as regiões de interesse segmentadas. Dessa forma, o software desenvolvido teve eficiência no processo de segmentação, apesar de apresentar algumas limitações no decorrer da pesquisa, devido a ruídos em algumas imagens e no minucioso detalhamento exigido em certas imagens. Ele poderá ser utilizado como auxilio no diagnóstico médico e no processamento de imagens radiológicas.

Palavras–chave: algoritmo firefly; imagens médicas; segmentação

IMPLEMENTAÇÃO DE FILTROS ADAPTATIVOS PARA REDUÇÃO DE RUÍDO EM IMAGENS PET PARA USO EM PLANEJAMENTO RADIOTERÁPICO

Autor: Rômulo José Bignetti Veloso; Orientador: José Wilson Vieira.

Resumo: A radioterapia é um dos tratamentos utilizados contra o câncer. Este procedimento utiliza radiações ionizantes que tem a capacidade de interromper o aumento das células tumorais. As imagens obtidas por meio da técnica Positron Emission Tomography (PET) estão sendo cada vez mais usadas no planejamento radioterápico uma vez que são capazes de mostrar as atividades metabólicas dos tumores a serem tratados. Entretanto as imagens PET são ruidosas. Dessa forma é necessário que sejam utilizados métodos de filtragem. A filtragem das imagens PET é de extrema importância para conseguir reduzir os ruídos das imagens finais. Sendo assim, o objetivo do trabalho é realizar testes com diferentes métodos de filtragem para redução de ruído de imagens PET com ênfase para uso radioterápico. Este projeto foi realizado no Laboratório de Dosimetria Numérica (LDN) pertencente ao Instituto Federal de Pernambuco. (IFPE – Campus Recife). Para o desenvolvimento deste trabalho, foram obtidas imagens PET do fantoma NEMA IEC Body no formato Digital Imaging and Communications in Medicine (DICOM). Nelas foram aplicados filtros lineares e não-lineares para redução de ruído usando a linguagem Python versão 3.7.3, com seus respectivos módulos para uso em imagens médicas. Dentre os filtros testados, o filtro que se mostrou mais eficiente para as imagens PET do fantoma NEMA IEC Body foi o não-linear erro quadrático médio mínimo (minimal mean square error). Ele foi capaz de remover as partes de ruído branco aditivo e de manchas por meio de avaliação da posição de borda da região indicada. Além disso, seus parâmetros (coordenada x, coordenada y, coordenada z, divisão da matriz e desvio padrão) podem ser alterados. Isto o tornar, dentre os filtros testados, o mais eficiente em retirar ruído de imagens PET e irá colaborar para posteriores testes de segmentação nessas imagens para uso em planejamento radioterápico por dose painting.

UTILIZAÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL DE EXPOSIÇÃO PARA AVALIAR A DISTRIBUIÇÃO DE DOSE EM TRABALHADORES DE MEDICINA NUCLEAR NO MOMENTO DA ADMINISTRAÇÃO ENDOVENOSA

Autor: Whoody Alem Wanderley Araripe Farias; Orientador: José Wilson Vieira.

Resumo: Os fantomas BREP (boundary representation) são a mais nova geração de fantomas computacionais desenvolvidos pela comunidade cientifica. Criados em softwares de modelagem 3D, possuem a flexibilidade dos fantomas matemáticos e o realismo anatômico dos fantomas de voxels (volume elements), ou seja, contemplam as principais vantagens das gerações anteriores. No entanto, para que os fantomas BREP possam ser utilizados em avaliações dosimétricas nos modelos computacionais de exposição (MCEs) é necessário converter o objeto geométrico 3D (fantoma) formado por polígonos em uma matriz tridimensional formada por voxels, capazes de representar a densidade e a composição de órgãos e tecidos do corpo humano. Ao arranjo composto por um fantoma de voxels, algoritmos simuladores de fontes radioativas e um código Monte Carlo, para simular o transporte e a interação da radiação com a matéria, dá-se o nome de MCE. Visando a construção de um MCE para a radioproteção do indivíduo ocupacionalmente exposto em medicina nuclear, este trabalho teve por objetivo a voxelização do fantoma BREP MARTIN-FWR (Male Adult with Macro Circulation and Lymphatic Vessels Phantom For Worker of Radioprotection). Para tanto, o Blender 3D foi usado para medir a altura do MARTIN-FWR (1,64 m) e para a exportação do mesmo em formato .obj. Por sua vez, para a voxelização do simulador antropomórfico utilizou-se o digital image processing (DIP). Nesse programa, a geometria com extensão .obj foi convertida para o formato .txt, contendo apenas os vértices e as faces do fantoma. Além disso, outro arquivo foi criado com a mesma extensão, contendo o Id (identificador próprio) de cada objeto. Por fim, para obter o MARTIN-FWR, voxelizado foi usado o quociente da altura do fantoma (1,64 m) pelo tamanho da aresta do voxel (0,12 cm), no menu de voxelização do DIP, que resultou que resultou em um arquivo com extensão .sgi (simulações gráficas interativas), com 1367 fatias. O processo de voxelização de fantomas BREP visa suprir a deficiência dos fantomas de voxels em representar geometrias mais complexas. Desta forma, espera-se que em trabalhos futuros o MARTIN-FWR seja acoplado ao código Monte Carlo EGSnrc para realização de medidas dosimétricas.

Palavras–chave: Fantoma BREP; DIP; Blender 3D.

CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA ANTROPOMÓRFICO GERIÁTRICO PARA USO EM DOSIMETRIA DAS RADIAÇÕES

Autora: Maria Laura Silva Moraes;  Orientador: Pedro Henrique Avelino de Andrade.

Resumo: Este trabalho visa à construção de um fantoma antropomórfico geriátrico por meio do software Blender para avaliar a distribuição de dose em idosos que apresentam um quadro de osteoporose. Para avaliar a distribuição de dose nas mais diversas partes do corpo utilizam-se modelos físicos e/ou computacionais de exposição uma vez que não se deve irradiar um indivíduo propositalmente apenas para esse fim. Um modelo físico é composto por uma fonte radioativa, um objeto simulador do corpo humano ou parte dele (fantoma) e detectores de radiação. Um modelo computacional, por sua vez, é composto por um fantoma computacional, um código de transporte e interação da radiação com a matéria (código Monte Carlo) e um algoritmo simulador de uma fonte de radiação.  A Pesquisa Nacional por Amostra de Domicílios realizada pelo Instituto Brasileiro de Geografia e Estatística (IBGE), em 2016, estimou a população brasileira em 205,5 milhões de pessoas. Deste total 29,6 milhões teriam 60 anos ou mais o que representa 14,4%da população brasileira. Devido a mudanças anatômicas e fisiológicas, idosos são mais suscetíveis a algumas patologias como artroses, artrite, osteoporose, entre outras. A osteoporose é uma doença crônico-degenerativa que ocorre principalmente em idosos e mulheres no período de pós-menopausa. Consiste na perda de massa óssea e pela deterioração da microarquitetura do osso trabecular onde estão estruturas importantes para o corpo e que sãomuito sensíveis a radiação ionizante. Ambos os sexos são afetados pela doença, porém mulheres na pós-menopausa têm uma maior probabilidade de serem acometidas pela patologia, uma vez que o hormônio estrogênio, importante para homeostase do tecido ósseo, fica em níveis baixos por efeitos da menopausa. Devido ao aumento na expectativa de vida as doenças crônico-degenerativas, têm afetado cada vez mais pessoas, sendo atualmente a osteoporose tratada como problema de saúde pública.

Palavras-chave:Blender; fantoma;idosa; osteoporose; trabecular

CONSTRUÇÃO DE UM CATÁLOGO DE ESPECTROS DE RAIOS X PARA APLICAÇÕES MÉDICAS

Autora: Jéssica Felix da Silva;  Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Larissa Cristina Silva dos Santos.

Resumo: A realização de cálculos dosimétricos por meio de Modelos Computacionais de Exposição (MCEs) é intermediada por geometrias representadas por fantomas, algoritmos computacionais e códigos Monte Carlo (MC) que simulam o transporte de radiação. O código MC, por sua vez, necessita de informações da fonte de radiação arquivadas textualmente em um catálogo. Para simulações envolvendo raios X, o Grupo de Pesquisa em Dosimetria Numérica e do Grupo de Pesquisa em Dosimetria Computacional e Sistemas Embarcados (GDN) já possuem um catálogo com informações de espectros de raios X obtidos numa faixa de voltagem entre 50 kV e 150 kV, anodo de tungstênio e filtros adicionais de alumínio e cobre (variação de espessura entre 2 e 5 mm). No entanto, exames de mamografia compreendem energias abaixo das já existentes no catálogo, além da composição alvo-filtro diferentes. Para simulações em mamografia com MCEs, este trabalho obteve espectros de raios X utilizando a ferramenta de simulação de espectros Simulation of X-Ray Spectra (SXRS). Foram considerados parâmetros simulatórios de feixe primário de radiação X como material do anodo, material do filtro adicional e respectiva espessura. As simulações no SXRS compreenderam combinações alvo-filtro e variações de espessura como molibdênio/molibdênio (0,03 mm), molibdênio/ródio (0,025 mm e 0,25 mm), molibdênio/alumínio (0,035 mm), ródio/ródio (0,025 mm), tungstênio/alumínio (0,5 mm e 0,7 mm), tungstênio/ródio (0,05 mm) e tungstênio/prata (0,05 mm). Os dados *.CSV adquiridos no SXRS foram submetidos a etapas de organização, uniformidade de nomenclatura, mudança para o formato *.spectrum e criação de arquivo de entrada *.txt de um MCE através dos softwares Digital Image Processing (DIP) e MonteCarlo (MC). A implementação dos espectros no MC possibilitou visualização das curvas da Função Densidade de Probabilidade (FDP) e da Função de Distribuição Acumulada (FDA), similares aos gráficos fornecidos na janela anexa do SXRS. O catálogo acrescido dispõe agora de cerca de 207 espectros de mamografia e poderá ser utilizado para futuras avaliações dosimétricas.

Palavras–chave: espectros de raios X; mamografia; Modelos Computacionais de Exposição; Monte Carlo.

IMPLEMENTAÇÃO DE MÉTODOS DE SEGMENTAÇÃO DE IMAGENS PET PARA USO EM PLANEJAMENTO RADIOTERÁPICO

Autor: Jadson Pereira da Silva; Orientador: José Wilson Vieira.

Resumo: De acordo com o Instituto Nacional de Câncer José Alencar Gomes da Silva (INCA), no Brasil deve ser registrado cerca de 600 mil novos casos de câncer nos anos de 2018 e 2019. No Brasil, a radioterapia é uma das alternativas mais utilizadas para tratamento. No planejamento radioterápico pode-se utilizar imagens de Tomografia por Emissão de Pósitrons (PET). Neste exame o radiofármaco concentra-se onde há maior atividade tumoral. Esse método é eficaz e auxilia na segmentação de imagens e, consequentemente, descoberta do volume do tumor. Com essa informação, a dose de radiação terapêutica será melhor calculada. Entretanto, as imagens PET possui baixa resolução quando comparadas a imagens de Tomografia Computadorizada (TC). Este trabalho tem como objetivo implementar algoritmos de segmentação para definição de volumes e subvolumes em imagens PET para uso planejamento radioterápico. Para isto, foram utilizadas imagens PET do fantoma NEMA IEC Body no formato Digital Imaging Communications in Medicine (DICOM). Nelas, foram aplicados métodos de segmentação utilizando a linguagem de programação Python 3.7. Os códigos desenvolvidos foram: threshold simples baseado em histograma, threshold otsu, random walker e felzenszwalb. Eles foram capazes de ler e processar as imagens DICOM do fantoma utilizado, resultando na imagem segmentada e no valor de seu volume. Conclui-se, dessa forma, que todos os códigos desenvolvidos nesse projeto (threshold simples baseado em histograma, tandom walker, telzenszwalb e threshold otsu.) foram capazes de segmentar o volume total da estrutura estudada. Entretanto, é necessária a realização de mais teste para que esses códigos se apresentem de maneira mais precisa.

CONSTRUÇÃO DE FANTOMA FÍSICO HYDRA V2 DESTINADO PARA CONTROLE DE QUALIDADE DE EQUIPAMENTOS EM RADIODIAGNÓSTICO

Autora: Fernanda Gonçalves de Oliveira; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Alex C. H. de Oliveira .

Resumo: O presente trabalho tem por objetivo construir um fantoma físico que permita a avaliação dos seguintes parâmetros de qualidade de imagens de Tomografia Computadorizada (CT): ruído, uniformidade, exatidão de números de CT, resolução espacial, espessura de corte, resolução de baixo contraste (qualitativa e quantitativa) e integridade espacial. Como referência para planejamento do fantoma objetivado foi utilizado o fantoma Hydra e os fantomas descritos na Resolução NE n° 1016 do Ministério da Saúde e nos relatórios nº 01, 39 e 66 preparados pela American Association of Physicists in Medicine. A metodologia consistiu em construir, inicialmente, o protótipo virtual do fantoma no software SolidWoks (2014). Com os desenhos mecânicos obtidos foi dado início a construção física do mesmo. O fantoma construído, denominado de Hydra V2 em homenagem ao seu predecessor, consiste de um cilindro circular de acrílico onde internamente estão distribuídos os módulos para avaliação dos parâmetros desejados. Na primeira placa, de acrílico, há o módulo para resolução de baixo contraste qualitativa, projetado para permitir a análise em até cinco materiais (com variação máxima de densidade em relação ao background de 12%) com diferentes padrões de furos. Também contém as estruturas de acrílico para avaliação da resolução espacial e espessura de corte. A primeira é uma moldura retangular que comporta fios de metais longitudinais ao fantoma. Já a segunda é uma estrutura, em formato de “L”, que suporta uma rampa circular de metal a 45°. O módulo de exatidão do número de CT está em outra placa de acrílico, que é composta por furos para fixação de tarugos dos materiais equivalentes aos tecidos humanos, sendo possível analisar até 18 materiais concomitantemente. Também foram projetados tubos para permitir a colocação de materiais fluidos. Para interligar os módulos, uma chapa retangular de acrílico perpassa no centro das placas, sendo fixada a essas por estruturas de suporte, prototipados em impressora 3D, que são parafusadas à todos esses componentes, inclusive à tampa. Dessa maneira, proporciona na base do fantoma uma área contendo somente o material de preenchimento, o que permite a análise de ruído, uniformidade e resolução de baixo contraste quantitativa. A análise da integridade espacial não foi contemplada na atual configuração do Hydra V2, por isso o projeto foi renovado para que o fantoma seja finalizado e para que há melhorias. Com a finalização do fantoma, será realizado sua validação por imagem CT.

Palavras–chave: tomografia computadorizada; modelagem tridimensional, Hydra.

DESENVOLVIMENTO DE UM FANTOMA FEMININO ADULTO PARA AVALIAÇÕES DOSIMÉTRICAS EM EXAMES DE MAMOGRAFIA

Autora: Mirele Mª Morais do Nascimento; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Pedro Henrique Avelino de Andrade.

Resumo: O câncer de mama é o segundo tipo de câncer mais frequente entre as mulheres, e é também a principal causa de morte por neoplasia em mulheres. Atualmente, a mamografia é o método mais efetivo para redução da mortalidade do câncer de mama. Esse método diagnóstico é responsável pelo estudo da anatomia do tecido mamário, através de um aparelho de raios-X chamado mamógrafo, identificando lesões benignas e malignas. Uma vez que não é permitida a realização de experimentos em seres humanos envolvendo radiação ionizante, são utilizados modelos computacionais de exposição (MCEs) para avaliar a distribuição de dose em órgãos e tecidos radiossensíveis do corpo humano. Um MCE é composto por um código Monte Carlo (MC) que simula a interação da radiação com a matéria; um algoritmo para simular a fonte radioativa; e uma geometria antropomórfica (usualmente chamado fantoma). O principal objetivo desse trabalho consistiu no desenvolvimento de um fantoma mesh feminino adulto para simular exames de mamografia na incidência craniocaudal (CC), nomeado MAMA_CC (Modelo Antropomórfico para uso em simulações de Mamografia – Incidência Craniocaudal). Para o desenvolvimento do fantoma MAMA_CC foram utilizados arquivos contendo objetos 3D descritores de um corpo humano feminino adulto. As modificações na modelagem e posicionamento das superfícies foram feitas no software 3ds Max 2018. Para o posicionamento foram aplicadas técnicas de rigging e skinning. As modificações nas estruturas se deram pela união de todo tecido muscular, separação dos órgãos e dos ossos pares dos membros superiores e inferiores, vedação dos buracos gerados na separação dos órgãos e achatamento da mama esquerda. Com as técnicas de rigging e skinning, o biped foi posicionado e vinculado às malhas, dando movimento ao fantoma sem criar deformações nas superfícies. Assim, foi possível realizar o posicionamento do fantoma para incidência CC.
Palavras–chave: fantoma mesh; incidência craniocaudal; mamografia; modelagem 3D; rigging; skinning.

DESENVOLVIMENTO DE UM SISTEMA MODULAR PARA CAPTAÇÃO DE SINAIS PARA ANÁLISES FÍSICAS E RADIOLÓGICAS

Autor: Douglas Azevedo Pereira Dantas; Orientador: José Wilson Vieira

Resumo: É perceptível a necessidade de equipamentos modulares capazes de realizar análises e captação de sinais de diferentes naturezas, mas que se complementem numa análise geral de caso, utilizando para isto plataformas de prototipagem eletrônica, como o Arduino. O projeto tem como objetivo principal desenvolver de um sistema modular para captação de sinais para análises físicas e radiológicas utilizando-se da plataforma, de simples utilização e voltado para pesquisadores e estudantes com experimentos voltados para a área de física experimental. Tal sistema desenvolvido tem à princípio a necessidade de realizar leituras de sensores, apresentar os dados de forma simples em uma interface de fácil acesso, tendo como plataforma o Arduino Mega 2560 e sua interface primária um display LCD TFT, além de integrar-se através de comunicação Serial com um software de análise gráfica desenvolvido em C#. Este projeto baseia-se em pesquisas experimentais e documentais, uma vez que o sistema a ser desenvolvido trata da manipulação de variáveis físicas na realização de experimentos, como também de pesquisas documentais sobre determinados sensores, equipamentos eletrônicos, linguagens e softwares para processamento gráfico e numérico com micro controladores e computadores. Durante a execução do projeto, foram desenvolvidas diferentes interfaces para o display Touch e para o software C#, que permitiram estudos e adequações para diferentes aplicações, bibliotecas e análises. Foram utilizados e integrados ao sistema ao todo 9 sensores, com diferentes princípios de funcionamento. Além de todo um conjunto de algoritmos programados para processamento de dados, englobando coleta, tratamento e saída dos mesmos. Alcançando um sistema eficaz de coleta de dados sensoriais para análises físicas, integrado a um software interface gráfica próprio do sistema.

UTILIZAÇÃO DE UM MODELO COMPUTACIONAL DE EXPOSIÇÃO PARA AVALIAR A DISTRIBUIÇÃO DE DOSE EM TRABALHADORES DE MEDICINA NUCLEAR NO MOMENTO DA ADMINISTRAÇÃO ENDOVENOSA.

Autor: Whoody Alem Wanderley Araripe Farias; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Ivan Eufrázio de Santana

Resumo: Modelos computacionais de exposição (MCEs) são usados em dosimetria numérica para estimar a dose absorvida, que corresponde à energia média depositada em um dado volume de massa, nos órgãos e tecidos radiossensíveis do corpo humano. São compostos por fantomas computacionais, algoritmos simuladores de fontes radioativas e de um código Monte Carlo para simular o transporte e a interação da radiação com a matéria. Manipulações nos fantomas são necessárias quando se pretende simular situações específicas para as quais o fantoma não foi criado. Características do fantoma tais como anatomia, postura, massa corporal, e estatura devem ser ajustadas do modo mais realista possível para que os dados obtidos na simulação sejam confiáveis. Este trabalho teve por objetivo adaptar um fantoma de malhas poligonais, para reproduzir de forma fidedigna o momento em que o profissional faz a administração de radiofármacos (RF) via endovenosa em pacientes do setor de medicina nuclear (MN). Para tanto, foram realizadas visitas ao Centro de Medicina Nuclear de Pernambuco (CEMUPE), onde se verificou a postura usual dos profissionais, no momento em que administravam os RF. Com a postura a ser reproduzida no modelo definida, foi escolhido o fantoma MARTIN (Male Adult with Macro Circulation and Lymphatic Vessels Phantom) para representar esse trabalhador. O MARTIN é um fantoma masculino adulto que foi criado por membros do Grupo de Pesquisa em Dosimetria Computacional e Sistemas Embarcados (GPDC&SE) em posição ortostática, despido e com os membros superiores estendidos ao longo do tronco. O software para conteúdos em 3D (Blender 3D) foi utilizado para realizar todas as modificações necessárias no fantoma. Além de ferramentas do próprio software, técnicas usadas em computação gráfica, como: rigging, skinning, weight paint e proportional editing foram usadas nas modificações. Por fim, o resultado obtido foi um fantoma com postura, roupas, equipamentos de proteção individual (EPIs) e anatomia, adaptados para uma situação rotineira no serviço de MN. Espera-se que em trabalhos futuros o fantoma adaptado seja acoplado ao código Monte Carlo EGSnrc para realização de medidas dosimétricas.

CRIAÇÃO DA ESPONJOSA DO FÊMUR A PARTIR DE PROTOTIPAGEM RÁPIDA

Autora: Fernanda Gonçalves Oliveira; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: José Ângelo Peixoto da Costa.

Resumo: De um modo geral as trabéculas ósseas são microestruturas porosas distribuídas de maneira irregular formando uma espécie de “caverna” onde os espaços são preenchidos pela medula óssea. Por possuir uma geometria complexa existe uma grande dificuldade para reprodução física das mesmas. Um dos métodos mais eficiente é a reprodução física pela prototipagem rápida, popularmente conhecida como impressora 3D, que consiste na adição de camadas planas superpostas de um dado material, até a construção completa do modelo físico, a partir de imagens digitais 3D. Neste trabalho pretende-se analisar a capacidade das impressoras 3D disponível no IFPE – campus Recife para a produção de trabéculas ósseas. Para analise foram reproduzidas fisicamente as pilhas de imagens das trabéculas da região do fêmur adquiridas por imagens micro-CT e sinteticamente com software MonteCarlo já utilizadas pelo Grupo de Dosimetria Numérica de Recife, PE, Brasil nos seus modelos computacionais de exposição. As pilhas de imagens estavam no formato SGI (Simulações Gráficas Interativas) e precisaram ser convertidas ao formato STL (Stereolitography), padrão nas impressoras 3D. Os arquivos STL precisaram sofrer reajustes realizados nos sistemas CAM (Computer Aided Manufacturing). As impressoras 3D testadas foram a CubeX Duo e UprintSE, que operam com a tecnologia de fundição e deposição de material. As imagens produzidas permitem concluir que as impressoras 3D disponíveis são invalidas para produção de trabéculas ósseas para serem usadas em fantomas físicos, mas podem ser usadas para adquirir trabéculas ósseas para fantomas computacionais através de imagens micro-CT com contraste para diferenciar os materiais entre si e do ar.

DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA GERAR TRABÉCULAS ÓSSEAS UTILIZANDO TÉCNICA MONTE CARLO PARAMÉTRICA

Autora: Fernanda Gonçalves Oliveira; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Alex C. H. de Oliveira

Resumo: Segundo o relatório 103 da ICRP, a medula óssea vermelha e as células das superfícies endeósteas dos ossos trabeculares são os tecidos ósseos mais radiossensiveis do corpo humano. A maior dificuldade em avalias a dose absorvida nestes tecidos consiste em representar, de modo realístico, a estrutura do osso trabéculas. Neste trabalho foi desenvolvido o software BABY, que produz blocos de ossos sintéticos das cinco principais regiões ósseas para dosimetria numérica (esterno, coluna lombar, fêmur, pelve e crânio) por método Monte Carlo parametrizado pela função densidade de probabilidade da Burr do tipo XII. A distribuição Burr XII utilizada possui dois parâmetros de forma, k>0 e α>0, e um parâmetro de escala, β>0. Para validação dos blocos, foi realizado uma comparação entre as avaliações dosimétricas de dois modelos computacionais de exposição: MSTA_OR e MSTA_BU. Nestas siglas M representar o fantoma de MASH (Male Adult meSH) do DEN – UFPE; STA corresponde a postura ortostática dos fantomas; OR referência amostras de Ossos Reais; e BU, amostras de ossos sintéticos produzido no BABY. Para execução das simulações, Foram consideradas as seguintes fontes idealizadas emissoras de fótons em direções paralelas às faces do paralelepípedo que contém o fantoma: antero-posterior (AP), póstero-anterior (PA), lateral esquerdo (LLAT) e lateral direito (RLAT). Os fótons são emitidos com energias entre 15 keV a 10 MeV. Os resultados apontaram que os ossos sintéticos produzidos pelo software BABY podem substituir com sucesso os ossos reais para dosimetria óssea.

CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA FÍSICO PARA ANÁLISE DE TÉCNICAS DE TRATAMENTO RADIOTERÁPICOS POR DOSE PAINTING – PARTE I

Autora: Fernanda Gonçalves Oliveira; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Alex C. H. de Oliveira

Resumo: A técnica radioterápica dose painting tem como objetivo tornar as aplicações de dose mais adequadas nos procedimentos, utilizando as características biológicas do volume alvo. Por ser uma técnica relativamente nova e que vem ganhando destaque, se faz necessário o estudo e avaliação do método para seu aperfeiçoamento. Esse estudo é possibilitado por testes realizados em fantomas. Para fazer o planejamento do fantoma, figuras geométricas com contornos arredondados foram selecionadas. As geometrias escolhidas foram cilindros circulares, cilindros com base elíptica, elipsoides, esferas e troncos de cone circular. Como resultado, no software SolidWork (2014), as geometrias foram combinadas para formar cinco volumes ocos, distribuídos de modo que sejam visualizadas, nas fatias adquiridas do fantoma pelos tomógrafos, diversas situações nos eixos axial, coronal e sagital. Os volumes ocos projetados ficarão contidos no contêiner cilíndrico construído de acrílico, com sua extremidade fechada por uma placa de acrílico presa por parafusos de poliacetal sextavados e devidamente vedada por uma borracha. Com o protótipo virtual já elaborado e o contêiner já construído fisicamente, a perspectiva do trabalho consiste em finalizar a construção física do fantoma projetado e fazer as respectivas dosimetrias para validação do mesmo.

CONSTRUÇÃO DE UM FANTOMA FÍSICO PARA ANÁLISE DE TÉCNICAS DE TRATAMENTO RADIOTERÁPICOS POR DOSE PAINTING PARTE II

Autora: Fernanda Gonçalves Oliveira; Orientador: José Wilson Vieira; Coorientador: Alex C. H. de Oliveira

Resumo: Uma nova modalidade que tem estado em expansão na radioterapia é a técnica de dose painting, que utiliza as características biológicas do volume alvo, obtidas a partir de imagens funcionais, para realizar uma melhor irradiação do tumor e reduzir as doses nos tecidos normais. Por ser uma técnica relativamente nova e que vem ganhando destaque, se faz necessário o estudo e avaliação do método para seu aperfeiçoamento. Esse estudo é possibilitado por testes realizados em fantomas. O objetivo deste trabalho é construir fisicamente o fantoma projetado para estudo da técnica de dose painting. Como as imagens funcionais são um conjunto de fatias paralelas representando secções transversais, geometrias 3D foram combinadas de modo que, nas fatias adquiridas pelos tomógrafos do fantoma, múltiplas situações possam ser estudadas. Todos os volumes projetados são ocos para que possam ser preenchidos com solução radioativa ou tecido-equivalente. O fantoma projetado consiste de três partes principais: (1) volumes ocos, (2) estruturas auxiliares e (3) contêiner cilíndrico. Os volumes ocos e as estruturas auxiliares projetados foram construídos de ABS utilizando impressoras 3D e ficam contidos no contêiner cilíndrico construído de acrílico, com sua extremidade fechada por uma placa de acrílico presa por parafusos de poliacetal e devidamente vedada por borrachas. A perspectiva do trabalho consiste em realizar as imagens tomográficas do fantoma e assim fazer uma comparação entre as distribuições energéticas prescritas de acordo com o modelo matemático e com as imagens tomográficas obtidas.

PROTOTIPAGEM DE UM SISTEMA DE AQUISIÇÃO E TRATAMENTO DE DADOS ORIUNDOS DE UM SENSOR DE TEMPERATURA ACOPLADO A UM CALORÍMETRO

Autor: Sérgio de Vasconcelos Filho; Orientador: José Wilson Vieira

Resumo: Demonstra interesse do Grupo de Dosimetria Numérica na eletrônica tendo em vista sua facilidade em capturar informações do meio, objeto de muito estudo do referido grupo. Para tanto, faz-se necessário um sistema que adquira informações do ambiente e as transforme em dados práticos para o usuário, permitindo, assim, o estudo aprofundado das grandezas físicas analisadas. Tendo isso como meta, a presente pesquisa tem como objetivo a criação de um sistema capaz de receber informações da temperatura local, tratá-las adequadamente e enviá-las através de comunicação sem fio para uma interface humano-máquina, apresentando-as adequadamente ao usuário. Isso foi feito através de prototipação de um circuito que contém o microcontrolador PIC18F4550, recebendo os dados do sensor de temperatura DS18B20 e condicionando-os de forma que o módulo XBee-PRO utilizado na comunicação sem fio os envie para o outro módulo conectado a um computador, pelo qual um programa de computador os exibe para o indivíduo. Para isso, necessitou-se o desenvolvimento de um programa em linguagem C para criar o algoritmo capaz de fazer interagir o microcontrolador e o termômetro utilizado. Para a transferência de dados entre o microcontrolador e o módulo sem fio em questão, empregou-se também o protocolo de comunicação UART, pois ambos permitiam o emprego do mesmo. De forma que os dados obtidos fossem exibidos de forma prática ao usuário, optou-se por utilizar a linguagem de programação C# para o desenvolvimento de um programa gráfico. Ela permitiu a construção de um gráfico de temperatura vs. tempo e, além disso, conceder a alteração da configuração do sensor de temperatura pelo indivíduo. Os resultados foram satisfatórios, já que cumprem com os objetivos propostos e vão além dos mesmos. Obteve-se um programa para computador que, além de exibir a plotagem dos pontos de temperatura do ambiente onde o sensor de temperatura está inserido, também permite a alteração das configurações de alarme e a resolução de conversão do próprio sensor, de modo que otimiza o sistema em geral, tornando mais eficaz seu código de programação. Com isso, o Laboratório de Dosimetria Numérica ganha mais um aliado no que se refere ao entendimento da vastidão da Física.

 

DESENVOLVIMENTO DE UM SOFTWARE PARA GERAR TRABÉCULAS ÓSSEAS UTILIZANDO TÉCNICAS MONTE CARLO NÃO PARAMÉTRICAS

Autor: Arthur Felipe Graciano de Andrade; Orientador:  José Wilson Vieira

Resumo: Um dos maiores desafios da dosimetria numérica é estimar a dose depositada pela radiação ionizante nos tecidos moles do esqueleto dentro das cavidades do osso trabecular de humanos, por conta de sua estrutura cavernosa, de difícil reprodução. Essa estimativa é importante pois segundo o relatório 103 da ICRP, a medula óssea vermelha e as células das superfícies endeósteas dos ossos trabeculares são os tecidos ósseos mais radiossensíveis do corpo humano. Neste trabalho é apresentada uma técnica de amostragem Monte Carlo (MC) não parametrizada para obtenção de imagens sintéticas de ossos trabeculares, baseada na frequência do tamanho de clusters de voxels (FV) desses ossos. Não requerer um algoritmo de amostragem baseado em parâmetros de uma função densidade de probabilidade (fdp) permite que ele seja adaptável a outros problemas de amostragem MC onde não se conheça a fdp descritora. Para validação dos ossos são comparadas as avaliações dosimétricas de dois Modelos computacionais de exposição (MCEs) o MSTA_FV e o MSTA_OR, esses MCEs foram acoplados no fantoma MESH (Male Adult meSH) do DEN – UFPE na posição ortostática e foram usadas quatro fontes idealizadas, emissoras de fótons em direções paralelas cercando o fantoma com energias entre 15 keV e 10 MeV.

IMPLEMENTAÇÃO DE FILTROS ADAPTATIVOS PARA REDUÇÃO DE RUÍDO EM IMAGENS DE TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA UTILIZADAS NA CONSTRUÇÃO DE FANTOMAS DE VOXELS

Autor: Arthur Felipe Graciano de Andrade; Orientador:  José Wilson Vieira

Resumo: Fantomas são modelos físicos ou computacionais usados para simular o transporte da radiação ionizante, suas interações nos tecidos do corpo humano e avaliar a deposição de energia em regiões de interesse. Para a construção destes fantomas, imagens de tomografia computadorizada (CT) são segmentadas, classificadas e reamostradas. O ruído aleatório em imagens CT é o que fundamentalmente limita a discriminação entre duas regiões de densidades próximas, dificultando o processo de segmentação. Torna-se necessário então filtros de polimento de imagens que suavizem as regiões heterógenas eliminando o ruído, porém essa técnica tem como desvantagem o borramento das bordas das estruturas que compõem a imagem, prejudicando o processo de segmentação seguinte. Para reduzir o borramento a solução seria o uso de filtros adaptativos, O comportamento destes filtros muda de acordo com características da imagem na região, removendo ruídos sem borramento significativo das estruturas. O plano de atividades em si é responsável por desenvolver um software relacionado com melhoramentos e restauração de imagens digitais 2D e 3D principalmente as corrompidas por ruídos aleatórios que requerem filtragem adaptativa. Foram analisados os filtros media, mediana o Filtro adaptativo de redução de ruído local, o Filtro adaptativo de mediana e, para implementação desses filtros, foi desenvolvido o software CT Processing. O software CT-processing conta com o paradigma de linguagem orientado a objetos, tornando-se assim ideal para acoplamento de diferentes processos, ele surgiu com o objetivo de ser uma plataforma de programação conjunta entre os pesquisadores na área de processamento de imagens digitais do Grupo de Dosimetria Numérica (GDN). Nele foram acopladas as bibliotecas ITK – Ferramentas de Segmentação e Registor (Insight Segmentation and Registration Toolkit) e VTK – Ferramenta de Visualização (Visualization Toolkit), sistemas open-source, multi-plataforma que fornecem aos desenvolvedores um conjunto extenso de ferramentas de software para análise de imagem. A conclusão do software CT Processing no período vigente da iniciação cientifica não se foi possível, porem com todo seu sistema já foi montado e a revisão bibliográfica de filtros adaptativos torna-se viável a sua conclusão pelos demais pesquisadores do GDN.

DESENVOLVIMENTO DE UM MANUAL DE ARDUINO PARA APLICAÇÕES EM RADIOLOGIA

Autor: Arthur Felipe Graciano de Andrade; Orientador:  José Wilson Vieira

Resumo: Por meio de apresentações em eventos científicos e feiras tecnológicas, verificou-se a crescente quantidade de trabalhos que utilizaram a plataforma de prototipagem eletrônica Arduino como instrumento para o desenvolvimento de projetos. O Grupo de Dosimetria Numérica verificou a necessidade de fomentar seu estudo a fim de gerar novos projetos, considerando a necessidade de analisar a atuação de sensores em algumas disciplinas de cursos técnicos. A proposta do projeto é proporcionar a aprendizagem de noções básicas de funcionamento do Arduino mediante a elaboração de um manual didático para auxiliar em trabalhos aplicados e análise de resultados físicos. O Hardware necessário foi um Arduino UNO, protoboard, conexões, conjunto de atuadores (como LEDs e relés) e conjunto de sensores (como LDRs). A princípio, foi realizado uma revisão bibliográfica de modo a elaborar textos de fácil entendimento sobre a plataforma Arduino, seu programa computacional, componentes eletrônicos, interface software/hardware e análises de resultados. Com o conteúdo pesquisado, iniciou-se a elaboração um manual. Os demais capítulos do manual apresentaram as funções do Arduino, com noções de linguagem C, e abordando exemplos práticos de projetos elaborados pelo estudante pesquisador que se relacionem com a área de radiologia e/ou física. Para isso foi feita uma revisão bibliográfica a fim de encontrar experimentos que, tanto servissem para explicar as principais funções do Arduino quanto estivessem dentro do tema abordado, foram encontrados 7 experimentos que foram elaborados e descritos no manual: Análise de carga e descarga de um capacitor através da Plotter Serial ; Utilizando relés para acionamento automático de iluminações; Variando as cores de um LED RGB através da modulação PWM; Analise de tempo de queda livre; Medidor de ruído ambiente; Analise de direção e força dos ventos e acionamento de cargas por software computacional. Foram realizados e descritos os experimentos e, a partir deles, tornou-se possível uma compilação para que, com uma edição adequada, ser montado finalmente o  manual de Arduino voltado a física.