CAPES / A área de compressão de imagem é de grande importância para aplicações médicas. As técnicas de compressão têm sido muito estudadas por permitirem representar de forma eficiente os dados, reduzindo o espaço necessário para armazenamento e minimizando a demanda na transmissão através de canais de comunicação. A técnica de compressão JPEG usa a transformada discreta de cossenos bidimensional e as técnicas Joint Photographic Experts Group 2000 (JPEG2000), Set Partitioning in Hierarchical Trees (SPIHT) e Embedded Zerotree Wavelet (EZW) usam a Transformada Wavelet bidimensional. Neste trabalho, uma análise comparativa é feita usando as métricas Mean Squared Error (MSE), Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), Cross Correlation (CC) e Structural Similarity (SSIM) assim como uma avaliação indireta de esforço computacional através do tempo de processamento. A análise usando a técnica de compressão JPEG usando blocos de tamanhos diferentes permite concluir sobre a influência da frequência central dos transdutores ultrassônicos nos detalhes da imagem assim como concluir que o uso de blocos de tamanho 8x8 e 16x16 pixeis tem o melhor desempenho que o uso de blocos de menos tamanho. Adicionalmente, ao avaliar matrizes de quantização alternativas propostas por Hamamoto, Veraswamy e Abu para a técnica de compressão JPEG introduzem melhorias na qualidade da imagem de ultrassom reconstruída quando comparadas a matriz de quantização tradicional considerada taxa de compressão constante na comparação. Para técnicas usando a transformada wavelet foi possível observar o impacto significativo na qualidade da imagem de ultrassom reconstruída em função dos filtros utilizados. Finalmente, pode-se concluir que o algoritmo JPEG2000 apresenta o melhor desempenho em relação à qualidade de imagem e ao tempo de processamento quando comparado com os algoritmos JPEG, SPIHT e EZW. / The area of image compression is of great importance for medical applications. Compression techniques have been studied for allowing to efficiently representing the data, reducing the required storage space and minimizing the demand on transmission through communication channels. The JPEG compression technique uses a two-dimensional discrete cosine transform and techniques Joint Photographic Experts Group 2000 (JPEG2000), Set Partitioning in Hierarchical Trees (SPIHT) and Embedded Zerotree Wavelet (EZW) use the two-dimensional wavelet transform. In this work, a comparative analysis is made using the metrics Mean Squared Error (MSE), Peak Signal to Noise Ratio (PSNR), Cross Correlation (CC) and Structural Similarity (SSIM) as well as an indirect assessment of computational effort through time processing. The analysis using the JPEG compression technique using blocks of different sizes allows us to conclude on the influence of the center frequency of the ultrasonic transducers in the details of the image so as to conclude that the use of blocks of size 8x8 and 16x16 pixels has better performance than the use of note less size. Additionally, in evaluating alternative quantization matrices proposed by Hamamoto, Veraswamy and Abu for JPEG compression technique is concluded that these introduce improvements in the quality of reconstructed ultrasound image when compared to traditional matrix quantization considered that given compression rate in comparison. Techniques for using the wavelet transform have been possible to observe a significant impact on the quality of the ultrasound image reconstructed on the basis of the filters used. Finally, it was concluded that the JPEG2000 algorithm has the best performance with respect to image quality and processing time compared with JPEG, EZW and SPIHT algorithms.

Submitted by Marco Antônio de Ramos Chagas (mchagas@ufv.br) on 2018-09-04T13:17:44Z No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1966912 bytes, checksum: 9010e089b604e66b96c15b8563791ff1 (MD5) / Made available in DSpace on 2018-09-04T13:17:44Z (GMT). No. of bitstreams: 1 texto completo.pdf: 1966912 bytes, checksum: 9010e089b604e66b96c15b8563791ff1 (MD5) Previous issue date: 2018-06-15 / O objetivo desta pesquisa é avaliar o uso da ultrassonografia point-of-care pelo especialista em terapia intensiva no auxílio diagnóstico e acompanhamento de crianças gravemente enfermas em uma Unidade de Terapia Intensiva Neonatal. Trata-se de um estudo descritivo a partir de um banco de dados prospectivo com uma amostragem de 225 pacientes que manifestaram sinais de angústia respiratória e/ou instabilidade hemodinâmica durante hospitalização na Unidade de Terapia Intensiva Neonatal em um período de 26 meses. Para análise das doenças respiratórias, foi feita análise prospectiva e comparadas as hipóteses diagnósticas formuladas pelo pesquisador a partir do exame clínico complementado pela ultrassonografia (Grupo 1) com o diagnóstico inicial do intensivista (Grupo 2). O padrão-ouro foi o diagnóstico final estabelecido pela coordenação médica. Performance do grupo 1: Síndrome de angústia respiratória: sensibilidade 94,4%, especificidade 98%, valor preditivo positivo (VPP) 95,7%, valor preditivo negativo (VPN) 97,3%, razão de verossimilhança positiva (LR+) 47,2 ; taquipneia transitória do recém- nascido: sensibilidade 90,5%, especificidade 95,8%, VPP 87,2%, VPN 97%, LR+ 21,5; pneumonia: sensibilidade 90,4%, especificidade 97,5%, VPP 79,1%, VPN 98,9%, LR+ 36,1. Todos demonstraram superioridade em relação ao Grupo 2, considerando valor de p menor que 0,05 e índice de confiança de 95%. Em cinco casos, com uso de corticoide antenatal e início de pressão positiva contínua nas vias aéreas na sala de parto, a realização de ultrassonografia nas primeiras quatro horas de vida pôde predizer necessidade de surfactante pulmonar nas 20 horas subsequentes. Em relação às alterações hemodinâmicas, foi feita análise retrospectiva da utilização da ecocardiografia funcional, descrevendo as anormalidades encontradas e impacto na conduta médica. Foram observados três casos de choque obstrutivo relacionado a tamponamento cardíaco, 18 casos de cardiopatias congênitas, cinco casos de miocardiopatia hipertrófica, sete casos de disfunção miocárdica não relacionada à cardiopatia estrutural, 46 casos de hipertensão pulmonar persistente neonatal e 27 casos de persistência do canal arterial, sendo seis com repercussão hemodinâmica. Os resultados evidenciaram melhor performance diagnóstica quando a ultrassonografia point-of-care foi utilizada como complementação ao exame físico diante das doenças respiratórias, evidenciando alterações hemodinâmicas funcionais e/ou anatômicas em 105 pacientes analisados (46,7%), melhorando ou modificando a hipótese inicial formulada e otimizando as condutas médicas. / The objective of this research is to evaluate the use of point-of-care ultrasonography by the specialist in intensive care in the diagnosis and follow- up of severely ill children in a Neonatal Intensive Care Unit. A descriptive study from a prospective database with a evaluating 225 patients who showed signs of respiratory distress and / or hemodynamic instability during hospitalization in the Neonatal Intensive Care Unit in a period of 26 months. For the analysis of respiratory diseases, a prospective analysis was performed and the diagnostic hypotheses formulated by the researcher were analyzed based on the clinical examination complemented by ultrasonography (Group 1) with an initial diagnosis of the intensivist (Group 2). The gold standard was the final diagnosis established by medical co-ordination. Group 1: Respiratory distress syndrome: sensitivity 94.4%, specificity 98%, positive predictive value (PPV) 95.7%, negative predictive value (NPV) 97.3%, positive likelihood ratio (LR+) 47.2; Transient tachypnea of the newborn: sensitivity 90.5%, specificity 95.8%, PPV 87.2%, VPN 97%, LR + 21.5; pneumonia: sensitivity 90.4%, specificity 97.5%, PPV 79.1%, VPN 98.9%, LR + 36.1. All showed superiority in relation to Group 2, considering p value less than 0.05 and a 95% confidence index. In five cases with antenatal corticosteroid use and continuous positive airway pressure in the delivery room, performing ultrasonography within the first four hours of life may predict the need for pulmonary surfactant within the next 20 hours. Regarding hemodynamic changes, three cases of obstructive shock related to cardiac tamponade, 18 cases of congenital heart disease, five cases of hypertrophic cardiomyopathy, seven cases of myocardial dysfunction not related to structural heart disease, 46 cases of persistent neonatal pulmonary hypertension and 27 cases of patent ductus arteriosus (six with hemodynamic repercussions). The results showed a better diagnostic performance when point-of-care fvultrasonography was used as a complement to the physical examination in the presence of respiratory diseases, showing functional and / or anatomic hemodynamic changes in 105 patients analyzed (46.7%), improving or modifying the hypothesis formulated and optimizing medical conducts.

Imagens térmicas, ou infravermelhas, contém somente informações funcionais do corpo e nenhuma informação anatômica. A falta de um referencial anatômico pode dificultar a inspeção visual da imagem em diagnósticos, motivo pelo qual imagens médicas funcionais são combinadas com imagens anatômicas, como no caso da fusão de imagens anatômicas de ressonância ou ultrassom com imagens funcionais de tomografia computadorizada e PET. Considerando isso, este trabalho apresenta um método para registro e fusão de imagens térmicas com imagens anatômicas, a fim de acrescentar referências anatômicas a imagens térmicas e facilitar a sua analise em diagnósticos. Devido as diferenças morfológicas entre as imagens anatômicas e funcionais a deformação de ao menos uma delas e necessária. Para isso foi adotado o método de transformação não rígida por interpolação utilizando B-splines com marcadores manualmente posicionados. Não há relatos da aplicação desta abordagem no registro e fusão de imagens térmicas em imagens de atlas anatômicos, apesar desta ser utilizada em outras áreas. Foi realizada uma serie de testes com imagens térmicas e anatômicas, essas últimas provindas de atlas anatômicos e fotografias de luz visível, de diferentes partes do corpo humano. O método apresentado e capaz de incluir informações de imagens anatômicas em imagens térmicas pelo registro e fusão destas, apresentando erros de posicionamento da ordem de 5 mm. / Thermal images, or infrared images, contain only functional information about the body, without anatomical information. The lack of an anatomical reference can compromise visual inspection. For this reason, functional medical images are combined with anatomical images, as in the case of the fusion of magnetic resonance or ultrasound anatomical images and PET functional images. Considering this, the present work presents a method for registration and fusion of thermal and anatomical images, with the purpose of providing anatomical references to thermal images and facilitate its analysis in diagnoses. Due to the morphological differences between the anatomical and functional images, it is necessary to transform at least one of them. For this purpose a method of non-rigid transformation with B-splines and manual landmarks was adopted. There are no reports of the application of this technique to thermal images and images from anatomical atlas, despite being used in other fields. Experiments were performed with thermal and anatomical images, the latter from atlas and visible light photographs, from different parts of the human body. The proposed method is capable of including information from anatomical images to thermal images through their registration and fusion, with errors in the order of 5 mm.

Este trabalho contribui para a busca de métodos rápidos para reconstrução esparsa em ultrassonografia. O objetivo é alcançado em três etapas: a validação de um modelo discreto de aquisição, uma avaliação comparativa de algoritmos adequados ao problema e uma proposição de aceleração para um dos métodos de melhor desempenho. A estratégia de validação do modelo consiste em reconstruções a partir de dados sintéticos de resultado conhecido e subsequente validação com dados reais, coletados por uma plataforma de pesquisa em ultrassom com um phantom de uso profissional. As reconstruções são realizadas por um conjunto selecionado de algoritmos iterativos de otimização convexa, que têm seus parâmetros, resultados e desempenhos analisados. O trabalho propõe a aceleração do método ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers) que está entre os de melhor desempenho em termos de custo computacional, e que pode dobrar sua velocidade inicial de convergência com a modificação proposta. Como a aceleração também pode ser utilizada em outras aplicações do ADMM, a modificação proposta é validada em quatro casos de estudo, sendo dois em ultrassonografia e dois em imageamento por ressonância magnética. / This study contributes to the search for fast iterative methods for ultrasonic sparse image reconstruction. The goal is achieved in three steps: the validation of a discrete acquisition model, a comparative evaluation of algorithms suitable to the problem and an acceleration proposal for one of the best performing methods. The model validation strategy consists of image reconstructions from synthetic data with previously known results, and subsequent validation with real data, collected by an ultrasound research platform with a professional phantom. The reconstructions are performed by a selected set of iterative algorithms of convex optimization, which have their parameters, results and performances analyzed. This study proposes the acceleration of the ADMM (Alternating Direction Method of Multipliers), which is among the best performing methods in terms of computational cost, and which can have its initial convergence speed doubled by the proposed modification. Since the acceleration can also be used in other applications of ADMM, the proposed modification is validated in four cases of study: two in ultrasonography and two in magnetic resonance imaging.

Imagens térmicas, ou infravermelhas, contém somente informações funcionais do corpo e nenhuma informação anatômica. A falta de um referencial anatômico pode dificultar a inspeção visual da imagem em diagnósticos, motivo pelo qual imagens médicas funcionais são combinadas com imagens anatômicas, como no caso da fusão de imagens anatômicas de ressonância ou ultrassom com imagens funcionais de tomografia computadorizada e PET. Considerando isso, este trabalho apresenta um método para registro e fusão de imagens térmicas com imagens anatômicas, a fim de acrescentar referências anatômicas a imagens térmicas e facilitar a sua analise em diagnósticos. Devido as diferenças morfológicas entre as imagens anatômicas e funcionais a deformação de ao menos uma delas e necessária. Para isso foi adotado o método de transformação não rígida por interpolação utilizando B-splines com marcadores manualmente posicionados. Não há relatos da aplicação desta abordagem no registro e fusão de imagens térmicas em imagens de atlas anatômicos, apesar desta ser utilizada em outras áreas. Foi realizada uma serie de testes com imagens térmicas e anatômicas, essas últimas provindas de atlas anatômicos e fotografias de luz visível, de diferentes partes do corpo humano. O método apresentado e capaz de incluir informações de imagens anatômicas em imagens térmicas pelo registro e fusão destas, apresentando erros de posicionamento da ordem de 5 mm. / Thermal images, or infrared images, contain only functional information about the body, without anatomical information. The lack of an anatomical reference can compromise visual inspection. For this reason, functional medical images are combined with anatomical images, as in the case of the fusion of magnetic resonance or ultrasound anatomical images and PET functional images. Considering this, the present work presents a method for registration and fusion of thermal and anatomical images, with the purpose of providing anatomical references to thermal images and facilitate its analysis in diagnoses. Due to the morphological differences between the anatomical and functional images, it is necessary to transform at least one of them. For this purpose a method of non-rigid transformation with B-splines and manual landmarks was adopted. There are no reports of the application of this technique to thermal images and images from anatomical atlas, despite being used in other fields. Experiments were performed with thermal and anatomical images, the latter from atlas and visible light photographs, from different parts of the human body. The proposed method is capable of including information from anatomical images to thermal images through their registration and fusion, with errors in the order of 5 mm.

A pesquisa buscou avaliar se a ultrassonografia portátil, durante consulta clínica em uma unidade básica de saúde pública do Sistema Único de Saúde brasileiro, foi capaz de fornecer informações adicionais confiáveis para a tomada de decisões terapêuticas e diminuir o tempo de espera para uma eventual avaliação especializada, por meio da comparação entre os achados obtidos na ultrassonografia portátil e na ultrassonografia convencional. A ultrassonografia é o segundo método de avaliação por imagem mais utilizado na prática médica, após o Raio-X. Não emite radiações ionizantes e seu efeito sobre os tecidos biológicos é seguro, desde que em nível de intensidade acústica mínima para obtenção dos resultados desejados. Este trabalho surgiu da observação de quão prolongado é o tempo de espera por exames de ultrassom a que estão sujeitos os pacientes da saúde pública brasileira, chegando até dois anos em alguns casos, contrariando protocolos de recomendação e podendo comprometer a saúde do paciente. Avaliou-se custo-efetividade da tecnologia, suas principais limitações, a necessidade de criação de protocolos para sua utilização e os subsídios fornecidos para a tomada de decisões pelo médico clínico. A tecnologia foi aplicada em exames nas áreas de medicina interna, sistema musculoesquelético e cardiologia. Empregou aparelho de ultrassom portátil aprovado pela Anvisa, modelo Vscan™ Dualprobe. Conforme protocolos do Instituto Americano de Ultrassom em Medicina (AIUM), os sujeitos da pesquisa foram submetidos a exame com aparelho portátil, durante o momento da consulta com o pesquisador, após anamnese e exame físico. Posteriormente, foram submetidos a exame empregando aparelho convencional, com médico possuindo titulação em ultrassonografia. As imagens e os achados foram comparados entre os exames e se calculou um índice de confiabilidade Kappa global nas três áreas estudadas de 91,12%, embora o índice para a área cardíaca tenha sido de 76,92%, o que demonstra a limitação do uso do ultrassom portátil para a área. A pesquisa demonstrou que o emprego da ultrassonografia portátil pode vir a ser um importante aliado do médico clínico, permitindo melhoria da qualidade da saúde prestada aos pacientes do Sistema Único de Saúde brasileiro. / The research aimed to evaluate whether portable ultrasonography, during clinical consultation in a basic public health unit of the Brazilian Unified Health System, was able to provide reliable additional information for therapeutic decision-making and to reduce the waiting time for a specialized evaluation, by means of the comparison between the findings obtained in portable ultrasonography and conventional ultrasonography. Ultrasonography is the second method of image evaluation more used in medical practice after the X-ray. It does not emit ionizing radiation and its effect on biological tissues is safe, provided that at minimum acoustic intensity level to obtain the desired results. This study was based on the observation of the length of time the patient waits for the ultrasound exams to which Brazilian public health patients are subjected, up to two years in some cases, contrary to recommendation protocols and potentially compromising patient´s health. It evaluated the cost-effectiveness of the technology, its main limitations, the need to create protocols for its use and the subsidies provided for the decision-making by the clinician. The technology was applied in examinations in the areas of internal medicine, musculoskeletal system and cardiology. It was used a portable ultrasound device approved by Anvisa, model Vscan™ Dualprobe. According to protocols of the American Institute of Ultrasound in Medicine (AIUM), the subjects were examined with a portable device, during the moment of the consultation with the researcher, after anamnesis and physical examination. Subsequently, they were submitted to an examination using a conventional device, with a doctor having ultrasound titration. The images and findings were compared between the exams and a global Kappa reliability index was calculated in the three studied areas of 91.12%, although the index for the cardiac area was 76.92%, which demonstrates the limitation of the use of portable ultrasound for the area. The research demonstrated that the use of portable ultrasonography can be an important ally of the clinician, allowing an improvement in the quality of health provided to patients of the Brazilian Unified Health System.