O número de banco de dados de biologia molecular presentes na Web vem aumentando significativamente nos últimos anos. A dificuldade de localizar estes bancos de dados na Web incentivou a criação de uma série de catálogos. Mesmo com estes catálogos, persiste o desafio de selecionar aqueles bancos de dados que possuem maior qualidade. Normalmente, a seleção é feita por usuários, que nem sempre possuem o conhecimento necessário e enfrentam problemas pela ausência de uma descrição mais rica dos bancos de dados nestes catálogos. Esta ausência de uma descrição mais rica dos bancos de dados gerou iniciativas recentes que visam identificar metadados relevantes para descrição dos bancos de dados de biologia molecular. No entanto, até o momento, como utilizar estes metadados na seleção dos bancos de dados presentes em um catálogo, relacionando estes às dimensões de qualidade de dados, é um tema pouco explorado. Da mesma forma, o uso de Web metrics, utilizadas na seleção de páginas Web, vem sendo quase ignorado na determinação da qualidade de bancos de dados de biologia molecular. Tendo em vista este cenário, nesta tese foi desenvolvido um modelo de qualidade que visa auxiliar na seleção de bancos de dados de biologia molecular presentes em catálogos na Web a partir da avaliação global de um banco de dados por meio de metadados e Web metrics. A definição deste modelo envolve adoção de metadados propostos em outros trabalhos, a proposição de novos metadados e a análise das dimensões de qualidade de dados. Experimentos são realizados de forma a avaliar a utilidade de alguns dos metadados e Web metrics na determinação da qualidade global de um banco de dados. A representação dos metadados, dimensões de qualidade, indicadores de qualidade e métricas usando recursos de Web Semântica é também discutida. O principal cenário de aplicação da abordagem é relacionado à necessidade que um usuário tem de escolher o melhor banco de dados para buscar informações relevantes para o seu trabalho dentre os existentes em um catálogo. Outro cenário está relacionado a sistemas que integram dados de fontes distintas e que necessitam, em muitos casos, reduzir o número de bancos de dados candidatos a um processo de integração. / The number of molecular biology databases has increased in the last years. The difficulty of identifying these databases on the Web is the motivation to create database catalogs. However, even using these catalogs, the challenge is how to identify the best databases within these sets of identified databases. In general, the selection process is done by users, who sometimes have little knowledge about databases related to a specific domain and will have difficulties to select the best databases. These difficulties are related to the absence of information about databases in these catalogs. This absence of information has generated some recent initiatives aiming to identify relevant metadata for describing molecular biology databases. However, at the present moment, how to use these metadata for selecting databases from a catalog, taking into account data quality dimensions, is underexplored. In a similar way, Web metrics used for selecting Web pages is almost ignored in the molecular biology databases evaluation process. In this scenario, this thesis defines a quality model, based on some identified data quality dimensions, aiming to help selecting a database from molecular biology database catalogs. This selection process is done by considering database metadata and Web metrics. The definition of this model involves the adoption of metadata from related works, the definition of new metadata and the analysis of data quality dimensions. A set of experiments evaluates the usefulness of metadata and Web metrics for evaluating the overall quality of databases. How to represent database metadata, quality dimensions, quality indicators and quality metrics using Semantic Web resources is also discussed. One application scenario relates to users who need to choose the best databases available in a catalog. Another application scenario is related to database integration systems in which it is necessary to determinate the overall quality of a database for reducing the number of databases to be integrated.

Internet tem sido uma importante fonte para as pessoas que buscam informações de saúde. Isto é particularmente problemático na perspectiva da Web 2.0. A Web 2.0 é a segunda geração da World Wide Web, onde os usuários interagem e colaboram uns com os outros como criadores de conteúdo. A falta de qualidade das informações médicas na Web 2.0 tem suscitado preocupações com os impactos prejudiciais que podem acarretar. São muitos os aspectos relacionados à qualidade da informação que devem ser investigados, como por exemplo, existe alguma evidência de que o autor tem alguma autoridade no domínio da saúde? Há indícios de que os autores são tendenciosos? Como saber se a fonte de informação tem reputação, como separar as fontes de boa qualidade das outras? Esses questionamentos se tornam mais evidentes quando se faz buscas no Twitter. O usuário precisa por si só selecionar o conteúdo que acredita que tenha qualidade entre as centenas de resultados. Nesse contexto, o principal objetivo deste trabalho é propor e avaliar uma abordagem que permita estimar a reputação de fontes de informação no domínio da saúde. Acredita-se que discussões sobre reputação só fazem sentido quando possuem um propósito e estão inseridas em um contexto. Sendo assim, considera-se que reputação é um atributo que um usuário se apropria quando a informação que ele divulga é crível e digna de confiança. As contribuições desta tese incluem uma nova metodologia para estimar a reputação e uma estrutura topológica de rede baseada no grau de interação entre atores sociais. O estudo permitiu compreender como as métricas afetam o ordenamento da reputação. Escolher a métrica mais apropriada depende basicamente daquilo que se quer representar. No nosso caso, o Pagerank funcionou como um “contador de arcos” representando apenas uma medida de popularidade daquele nó. Verificou-se que popularidade (ou uma posição de destaque na rede) não necessariamente se traduz em reputação no domínio médico. Os resultados obtidos evidenciaram que a metodologia de ordenamento e a topologia da rede obtiveram sucesso em estimar a reputação. Além disso, foi verificado que o ambiente Twitter desempenha um papel importante na transmissão da informação e a “cultura” de encaminhar uma mensagem permitiu inferir processos de credibilidade e consequentemente a reputação. / The Internet is an important source for people who are seeking healthcare information. This is particularly problematic in era of Web 2.0. The Web 2.0 is a second generation of World Wide Web, where users interact and collaborate with each other as creators of content. Many concerns have arisen about the poor quality of health-care information on the Web 2.0, and the possibility that it leads to detrimental effects. There are many issues related to information quality that users continuously have to ask, for example, is there any evidence that the author has some authority in health domain? Are there clues that the authors are biased? How shall we know what our sources are worth, how shall we be able to separate the bad sources from the good ones? These questions become more obvious when searching for content in Twitter. The user then needs to manually pick out high quality content among potentially thousands of results. In this context, the main goal of this work is to propose an approach to infer the reputation of source information in the medical domain. We take into account that, discussion of reputation is usually not meaningful without a specific purpose and context. Thus, reputation is an attribute that a user comprises, and the information disseminated by him is credible and worthy of belief. Our contributions were to provide a new methodology to Rank Reputation and a new network topological structure based on weighted social interaction. The study gives us a clear understanding of how measures can affect the reputation rank. Choosing the most appropriate measure depends on what we want to represent. In our case, the PageRank operates look alike “edges counts” as the “popularity” measures. We noticed that popularity (or key position in a graph) does not necessarily refer to reputation in medical domain. The results shown that our rank methodology and the network topology have succeeded in achieving user reputation. Additionally, we verified that in Twitter community, trust plays an important role in spreading information; the culture of “retweeting” allowed us to infer trust and consequently reputation.

A simulação de cores corresponde à essência do processo de síntese de imagens realistas. Em se tratando de minerais, a presença de uma dada impureza, ou uma variação de sua concentração, pode fazer com que alguns materiais sofram alterações dramáticas em suas cores. Por exemplo, enquanto o quartzo puro é transparente, a ametista é um tipo violeta de quartzo, cuja cor é determinada pela presença de traços de ferro. A quantidade de ferro define o matiz percebido. A cor apresentada por um mineral pode ser determinada com base no seu espectro de absorção. No entanto, a definição de todas as variações possíveis é impraticável e, portanto, tal informação está disponível apenas para um subconjunto dos minerais existentes. Esta dissertação apresenta uma proposta para estimar a cor de ágatas, bem como para simular as cores de ágatas sintéticas (inexistentes). A abordagem utilizada baseia-se nos fundamentos da teoria quântica, e parte de uma descrição da molécula de sílica que se deseja simular. À esta, pode-se adicionar quantidades diferentes de impurezas e alterar o número de átomos incluídos na simulação. O resultado obtido é o espectro de absorção do mineral, que pode então ser utilizado para determinar a cor da ágata com a composição desejada. Embora uma simulação detalhada de todo o processo seja uma tarefa computacionalmente extremamente cara, esta dissertação apresenta alguns resultados que corroboram com a correção da solução proposta. Também é apresentada uma técnica independente que pode ser utilizada para definir um volume de ágata com base em uma imagem 2D. / Color simulation is the essence of realistic image synthesis. In the case of minerals, the presence of a given impurity, or a variation of its concentration, can cause some materials to experience dramatic changes in color. For instance, while pure quartz is transparent, amethyst is a violet type of quartz, whose color is determined by the presence of traces of iron. The amount of iron defines the perceived hue. The color presented by a mineral can be determined based on its absorption spectrum. However, defining all possible variations is impractical and, therefore, such information is available only for a subset of the existing minerals. This thesis presents an approach for simulating the colors of existent agates, as well as for predicting the colors for (non-existent) synthetic ones. The approach is based on the fundamentals of quantum theory, and starts with the description of the silica molecule one wants to simulate. One can add different amounts of impurities, and alter the number of atoms included in the simulation. The obtained result is the absorption spectra of the mineral, which can then be used for determining the color of the agate with the desired composition. Although a detailed simulation of the entire process is extremely computationally-expensive, the thesis presents some results that corroborate the correctness of the proposed solution. It also introduces a standalone technique for defining agate volumes based on 2D images of agates.

As Redes Bayesianas constituem um modelo computacional adequado para a realização de inferências probabilísticas em domínios que envolvem a incerteza. O raciocínio diagnóstico médico pode ser caracterizado como um ato de inferência probabilística em um domínio incerto, onde a elaboração de hipóteses diagnósticas é representada pela estratificação de doenças em função das probabilidades a elas associadas. A presente dissertação faz uma pesquisa sobre a metodologia para construção/validação de redes bayesianas voltadas à área médica, e utiliza estes conhecimentos para o desenvolvimento de uma rede probabilística para o auxílio diagnóstico da Insuficiência Cardíaca (IC). Esta rede bayesiana, implementada como parte do sistema SEAMED/AMPLIA, teria o papel de alerta para o diagnóstico e tratamento precoce da IC, o que proporcionaria uma maior agilidade e eficiência no atendimento de pacientes portadores desta patologia. / Bayesian networks (BN) constitute an adequate computational model to make probabilistic inference in domains that involve uncertainty. Medical diagnostic reasoning may be characterized as an act of probabilistic inference in an uncertain domain, where diagnostic hypotheses elaboration is represented by the stratification of diseases according to the related probabilities. The present dissertation researches the methodology used in the construction/validation of Bayesian Networks related to the medical field, and makes use of this knowledge for the development of a probabilistic network to aid in the diagnosis of Heart Failure (HF). This BN, implemented as part of the SEAMED/AMPLIA System, would engage in the role of alerting for early diagnosis and treatment of HF, which could provide faster and more efficient healthcare of patients carrying this pathology.

Nas últimas décadas uma considerável parcela das pesquisas nas áreas de Física e Matemática tem sido dedicada ao estudo de fenômenos não lineares. Uma possível explicação para isso foi o rápido desenvolvimento de sistemas computacionais, tanto em nível de hardware quanta em nível de software, algoritmos e técnicas de programação que propiciaram ao homem maiores facilidades no tratamento de sistemas não lineares, o que levou a um maior grau de entendimento de sua complexidade. Geralmente, aos sistemas não lineares esta associada uma geometria irregular, onde comum o aparecimento de regimes caóticos, com um conjunto atrator de órbitas cuja dimensão não é um inteiro positivo, mas sim um número real positivo. Por esta razão, tais atratores, são denominados estranhos e ditos possuírem uma geometria fractal. É possível, através de métodos cuidadosamente desenvolvidos, estimar-se as dimensões associadas à dinâmica de séries temporais. Uma das séries de maior dificuldade de análise através do computador, e de particular interesse na medicina, são as séries de sons pulmonares humanos. Desde quando o estetoscópio foi inventado até os dias de hoje não há uma ferramenta plenamente confiável para a análise destas séries. Recentemente, temos trabalhado com estas séries e verificamos que há uma geometria fractal. Esta tese propõe a utilização da análise não-linear para identificação de padrões sonoros. Além da geometria fractal, a análise por wavelets tem sido utilizada no estudo de sinais complexos, sobretudo naqueles que apresentam estruturas fractais. O conjunto de filtros construído através da translação, expansão ou compressão de uma função wavelet mãe tem uma estrutura auto-similar, mostrando-se particularmente apropriado para a verificação da auto similaridade dos sons. A técnica da estimativa dos expoentes de Lyapunov dependente do tempo, a qual e desenvolvida na tese, tem se mostrado bastante adequada para identificação de padrões sonoros de origem pulmonar. / It has been observed that in the last decades, considerable amount of the research in the areas of Physics and Mathematics have been dedicated to the study of nonlinear phenomena. A possible explanation for this fact is the fast development of computational systems occurring in the level of the hardware as in computer languages, algorithms and programming techniques. These developments propitiated to the researchers a broader contact with nonlinear systems, which led to a better understanding of their complexity. In general, for nonlinear systems an irregular geometry is associated, where the appearance of chaotic regimes has an associated attractor set of orbits whose dimension is not a positive integer number, but a real one. Such attractors are called strange and said to possess fractal geometry. It is possible, through carefully developed methods, to estimate the dimension associated to the dynamics of time series. One of the series with high difficulty to be analyzed through a computer and of particular interest in medicine, is the time series generated out of human pulmonary sounds. Since the creation of the stethoscope, there is not yet a fully trustworthy tool for the lung sound analysis. Recently, we have studied these series and verified that they have a fractal geometry nature. The purpose of this thesis is to investigate non-linear analysis as a tool for pattern recognition in lung sounds. In addition to fractal geometry, the wavelet analysis has been used in the study of complex signs, in particular for those presenting a fractal structure. The set of filters constructed through the translation, expansion or compression of a function wavelet mother has an auto-similar structure, being particularly useful for the verification of self similarity of pulmonary sounds. The largest time dependent Lyapunov exponent estimation technique that has been proposed in this thesis has shown a high degree of confidence for the identification of lung sound patterns.

O objetivo deste trabalho é, através do estudo de diversas tecnologias, desenvolver o protótipo de uma ferramenta capaz de oferecer suporte ao usuário na formulacdo de uma consulta a MEDLINE (Medical Literature Analysis and Retrieval System On Line). A MEDLINE é um sistema de recuperação de informações bibliográficas, na área da biomedicina, desenvolvida pela National Library of Medicine. Ela é uma ferramenta cuja utilizando tem sido ampliada nesta área em decorrência do aumento da utilizando de literatura, disponível eletronicamente, por profissionais da área da saúde. As pessoas, em geral, buscam informação e esperam encontrá-la exatamente de acordo com as suas expectativas, de forma ágil e utilizando todas as fontes de recursos disponíveis. Foi com este propósito que surgiram os primeiros Sistema de Recuperação de Informação (SRI) onde, de forma simplificada, um usuário constrói uma consulta, a qual expressa sua necessidade de informação, em seguida o sistema a processa e os resultados obtidas através dela retornam ao usuário. Grande parte dos usuários encontram dificuldades em representar a sua necessidade de informação de forma a obter resultados satisfatórios em um SRI. Os termos que o usuário escolhe para compor a consulta nem sempre são os mesmos que o sistema reconhece. A fim de que um usuário seja bem sucedido na definição dos termos que compõem a sua consulta é aconselhável que ele conheça a terminologia que foi empregada na indexação dos itens que ele deseja recuperar ou que possa contar com um intermediário que possua esse conhecimento. Em situações em que nenhuma dessas possibilidades seja verdadeira recursos que viabilizem uma consulta bem sucedida se fazem necessários. Este trabalho, inicialmente, apresenta um estudo geral sobre os Sistemas de Recuperação de Informações (SRI), enfocando todos os processos envolvidos e relacionados ao armazenamento, organização e a própria recuperação. Posteriormente, são destacados aspectos relacionados aos vocabulários e classificações medicas em uso, os quais serão Úteis para uma maior compreensão das dificuldades encontradas pelos usuários durante a interação com um sistema com esta finalidade. E, finalmente, é apresentado o protótipo do Sistema para Formulação de Consultas a MEDLINE, bem como seus componentes e funcionalidades. O Sistema para Formulação de Consultas a MEDLINE foi desenvolvido com o intuito de permitir que o usuário utilize qualquer termo na formulação de uma consulta destinada a MEDLINE. Ele possibilita a integração de diferentes terminologias médicas, originárias de vocabulários e classificações disponíveis em língua portuguesa e atualmente em uso. Esta abordagem permite a criação de uma terminologia biomédica mais completa, sendo que cada termo mantém relacionamentos, os quais descrevem a sua semântica, com outros. / The goal of this work is, through the study of many technologies, to develop the prototype of a tool able to offer support to the user in query formulation to the MEDLINE (Medical Literature Analysis and Retrieval System On Line). The MEDLINE is a bibliographical information retrieval system in the biomedicine area developed by National Library of Medicine. It is a tool whose usefulness has been amplifyed in this area by the increase of literature utilization, eletronically available, by health care profissionals. People, in general, look for information and are interested in finding it exactly like their expectations, in an agile way and using every single information source available. With this purpouse the first Information Retrieval System (IRS ) emerged, where in a simplifyed way, a user defines a query, that expresses an information necessity and, one step ahead, the system processes it and returns to the user answers from the query. Most of the users think is difficult to represent their information necessity in order to be succesful in searching an IRS. The terms that the user selects to compose the query are not always the same that the system recognizes. In order to be successfull in the definition of the terms that will compose his/her query is advisable that the user know the terminology that was employed in the indexing process of the wanted items or that he/she can have an intermediary person who knows about it. In many situations where no one of these possibilities can be true, resources that make a successfull query possible will be needed. This work, firstly, presents a general study on IRS focusing all the process involved and related to the storage, organization and retrieval. Lately, aspects related to the medical classifications and vocabulary are emphasized, which will be usefull for a largest comprehension of the difficulties found by users during interaction with a system like this. And, finally, the prototype of the Query Formulation System to MEDLINE is presented, as well as its components and funcionalities. The Query Formulation System to MEDLINE was developed with the intention of allowing the user to use any term in the formulation of a query to the MEDLINE. It allows the integration of different medical terminologies originated from classifications and vocabulary available in Portuguese language and in use today. This approach permits the creation of a more complete biomedical terminology in which each term maintains relationships that describe its semantic.

A simulação de articulações baseada em anatomia, além de melhorar o realismo de animações do corpo humano na área da computação gráfica, tem se tornado uma importante ferramenta no auxílio ao diagnóstico médico e nas estimativas de resultados pósoperatórios, simplificando e melhorando o planejamento cirúrgico. Entretando, para uso efetivo em aplicações médicas, é necessário modelar as articulações de acordo com individualidades de cada paciente. Neste contexto, este trabalho propõe um modelo do conjunto de articulações temporomandibulares (ATMs) baseado em anatomia, modelo esse construído a partir de dados reais que representam a geometria e o movimento mandibular de um paciente normal. A modelagem aqui proposta apresenta uma topologia de duas juntas interdependentes, de maneira que o objeto geométrico que representa a mandíbula é associado a mais de uma junta. O modelo geométrico foi obtido de um indivíduo com ATM normal. O modelo padrão de como a ATM se movimenta é obtido a partir de cinemática inversa aplicada aos pontos da curva incisal capturada do mesmo indivíduo. Para reproduzir o movimento da mandíbula, a simulação trata as colisões entre os ossos da mandíbula e do crânio, facilitando, desta maneira, o entendimento de como forma e função interagem neste complexo sistema. Todas as fases da modelagem foram verificadas usando dados reais. Um modelo como este tem um grande potencial de prover dados úteis para médicos e dentistas realizarem diagnóstico de patologias e planejamento de cirurgias. O modelo foi usado para analisar como a forma e função são relacionadas nos movimentos de depressão e elevação da mandíbula e na mastigação. É apresentada também a aplicação do mesmo modelo de movimento da ATM para diferentes modelos de mandíbulas e maxilas, representando diferentes pessoas e diferentes patologias. Para atingir este objetivo, a malha do crânio padrão foi modificada manualmente para simular patologias conhecidas. Além disso, foram usados dados reais advindos de análises cefalométricas para modificar o modelo geométrico original com o intuito de representar a morfologia de pessoas diferentes sem submetê-las a exames de tomografia. / Beyond improving the realism of human body animation in entertainment graphics applications, the simulation of anatomical joints has become an important tool in aiding medical diagnosis as well as in the estimation of postoperative results, simplifying and improving surgical planning. However, for effective use in such medical applications, it is necessary to model the articulation in accordance with specificities of each patient. In this context, this work proposes a model of the temporomandibular joints (TMJs) set based on anatomy and built from real data representing geometry and movement of a normal patient. The model proposed here presents a topology of interdependent joints in such way that the geometric object that represents the jaw is associated to more than one joint. A geometric model of the skull was obtained from an individual with a normal TMJ. The basic model of how TMJ moves is obtained from inverse kinematics applied to the points of the incisal motion path captured from the same individual. To actually reproduce the movement of the mandible, the simulation treats the collision between the bones of the jaw and skull, facilitating the understanding of how form and function interact in this complex system. All phases of the modeling process were checked using real data. A model like this has a great potential to provide physicians and dentists with useful data for diagnosis and surgery planning. We use our model to analyze how form and function are closely related in the movements of opening and closing the mouth as well as mastication. We also show how the same model of TMJ movement can be applied to different mandible-maxilla models, representing different people and different pathologies. To accomplish that we manually modified the standard skull to simulate different, well-know pathologies but also used real data from cefalometric analysis to tailor our geometric model to represent skull morphology of different people without submitting them to computer tomography exams.

Dada uma biblioteca com milhares de vídeos de histeroscopias diagnósticas, sobre a qual deseja-se realizar consultas como "retornar imagens contendo miomas submucosos" ou "recuperar imagens cujo diagnóstico é pólipo endometrial". Este é o contexto deste trabalho. Vídeos de histeroscopias diagnósticas são usados para avaliar a aparência do útero e são importantes não só para propósitos de diagnóstico de doenças mas também em estudos científicos em áreas da medicina, como reprodução humana e estudos sobre fertilidade. Estes vídeos contêm uma grande quantidade de informação, porém somente um número reduzido de quadros são úteis para propósitos de diagnósticos e/ou prognósticos. Esta tese apresenta um método para identificar automaticamente a informação relevante em vídeos de histeroscopias diagnósticas, criando um sumário do vídeo. Propõe-se uma representação hierárquica do conteúdo destes vídeos que é baseada no rastreamento de pontos geometricamente consistentes através da seqüência dos quadros. Demonstra-se que esta representação é uma maneira útil de organizar o conteúdo de vídeos de histeroscopias diagnósticas, permitindo que especialistas possam realizar atividades de browsing de uma forma rápida e sem introduzir informações espúrias no sumário do vídeo. Os experimentos indicam que o método proposto produz sumários compactos (com taxas de redução de dados em torno de 97.5%) sem descartar informações clinicamente relevantes. / Given a library containing thousands of diagnostic hysteroscopy videos, which are only indexed according to a patient ID and the exam date. Usually, users browse through this library in order to obtain answers to queries like retrieve images of submucosal myomas or recover images whose diagnosis is endometrial polyp. This is the context of this work. Specialists have been used diagnostic hysteroscopy videos to inspect the uterus appearance, once the images are important for diagnosis purposes as well as in medical research fields like human reproduction. These videos contain lots of information, but only a reduced number of frames are actually useful for diagnosis/prognosis purposes. This thesis proposes a technique to identify clinically relevant information in diagnostic hysteroscopy videos, creating a rich video summary. We propose a hierarchical representation based on a robust tracking of image points through the frame sequence. We demonstrate this representation is a helpful way to organize the hysteroscopy video content, allowing specialists to perform fast browsing without introducing spurious information in the video summary. The experimental results indicate that the method produces compact video summaries (data-rate reduction around 97.5%) without discarding clinically relevant information.

Cirurgias minimamente invasivas correspondem a uma importante especialidade da Medicina, cuja aplicação em larga escala depende do treinamento de novos cirurgiões em habilidades específicas que podem ser aprimoradas através do uso de simuladores virtuais de cirurgia. Entretanto, tais aplicações demandam alta qualidade visual das simulações de órgãos internos, que idealmente podem ser realizadas com base em aproximações de mais alta ordem da interação luz-matéria. Trabalhos recentes têm proposto abordagens híbridas onde dados da BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function - Função de Distribuição de Reflectância Bidirecional) de órgãos vivos têm sido amostrados ou estimados, para orientar técnicas de rendering em tempo real. O presente trabalho propõe um pipeline para o rendering de estruturas orgânicas baseado em Física visando a simulação de cirurgia compatível com alto nível de aproximação da interação luz-matéria. Através de um novo método de amostragem da BRDF de órgãos vivos por meio de laparoscopias convencionais, e do estudo de formas de representação para os dados amostrados, imagens de órgãos humanos são geradas em sistemas de rendering de tempo real e sistemas baseados em algoritmos de iluminação global. A metodologia proposta foi aplicada em um experimento realizado através de uma Colecistectomia, cujos importantes resultados caracterizam-se pela cobertura de aproximadamente 22% da BRDF de um fígado humano vivo, configurando assim uma contribuição singular para técnicas de amostram de BRDF de órgãos e rendering de órgãos baseado em Física. / Minimally invasive surgeries are an important specialty of Medicine. Virtual simulators allow the development of the needed skills for new surgeons. Such simulators demand high visual quality of the internal organs that ideally can be performed based on higher-order approximations of the light-material interaction. Recent work proposes hybrid approaches where the BRDF (Bidirectional Reflectance Distribution Function) data for living organs was sampling or estimated to guide real-time rendering techniques. This work proposes a pipeline for physically-based rendering of organic structures with the goal of surgery simulations with a high level of approximation for the light-material interaction. We present a new sampling method for measuring BRDFs for living organs based on conventional laparoscopy. With this data we are able to render human organs in real-time and also improve global illumination results. The methodology was applied in an experiment performed through a Cholecystectomy. Our results achieved a high BRDF coverage of 22% for a living human liver, establishing a singular contribution for the sampling of BRDF in-vivo organs and physically-based rendering.

Segmentação é uma etapa essencial para sistemas de pré-triagem de lesões melanocíticas. Neste trabalho, um novo método para segmentar lesões melanocíticas em imagens de câmera padrão (i.e., imagens macroscópicas) é apresentado. Inicialmente, para reduzir artefatos indesejáveis, os efeitos de sombra são atenuados na imagem macroscópica e uma présegmentação é obtida usando um esquema que combina a transformada wavelet com a transformada watershed. Em seguida, uma imagem de variação textural projetada para melhorar a discriminabilidade da lesão em relação ao fundo é obtida e a região présegmentada é usada para o aprendizado de um dicionário inicial e de uma representação inicial via um método de fatoração de matrizes não-negativas. Uma versão nãosupervisionada e não-paramétrica do método de aprendizado de dicionário baseado em teoria da informação é proposta para otimizar esta representação, selecionando o subconjunto de átomos que maximiza a compactividade e a representatividade do dicionário aprendido. Por fim, a imagem da lesão de pele é representada usando o dicionário aprendido e segmentada com o método de corte normalizado em grafos. Nossos resultados experimentais baseados em uma base de imagens bastante utilizada sugerem que o método proposto tende a fornecer melhores resultados do que os métodos estado-da-arte analisados (em termos do erro XOR). / Segmentation is an essential step for the automated pre-screening of melanocytic lesions. In this work, a new method for segmenting melanocytic lesions in standard camera images (i.e., macroscopic images) is presented. Initially, to reduce unwanted artifacts, shading effects are attenuated in the macroscopic image and a pre-segmentation is obtained using a scheme that combines the wavelet transform and the watershed transform. Afterwards, a textural variation image designed to enhance the skin lesion against the background is obtained, and the presegmented skin lesion region is used to learn an initial dictionary and an initial representation via a nonnegative matrix factorization method. An unsupervised and non-parametric version of the information-theoretic dictionary learning method is proposed to optimize this representation by selecting the subset of atoms that maximizes the learned dictionary compactness and representation. Finally, the skin lesion image is represented using the learned dictionary and segmented with the normalized graph cuts method. Our experimental results based on a widely used image dataset suggest that the proposed method tends to provide more accurate skin lesion segmentations than comparable state-of-the-art methods (in terms of the XOR error).