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| A. Ciências Exatas e da Terra - 2. Ciência da Computação - 5. Informática na Educação | ||
| VIRTUAL-CT: SIMULADOR DE TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA | ||
| Jorge André G. Albuquerque 1 (Prof. Dr. / jorge@faculdadefb.com.br), Tanielian Barreira 1 e Felipe Oquendo Nogueira 1 | ||
| (1. Curso de Ciência da Computação da Faculdade Farias Brito, FFB) | ||
| INTRODUÇÃO:
Os sistemas tomografia computadorizada utilizam uma variedade de esquemas e geometrias para exposição e detecção do feixe de raios-X, filtração digital das projeções de absorbância e reconstrução da imagem em secções tomográficas dos objetos em estudo. A otimização, principalmente dos algoritmos de filtração e reconstrução dependem de parâmetros que devem ser compreendidos tanto por projetistas, técnicos de suporte e manutenção assim como pessoal clínico, no caso de aplicações em medicina. A falta de compreensão destes parâmetros implica em uma redução da qualidade dos procedimentos e da eficiência do scanner. Este trabalho apresenta um sistema de simulação numérica de sistemas de imagem tomográficos de segunda e terceira geração. Através de uma interface amigável, pessoais técnico e clínico podem rapidamente simular a varredura e reconstrução de imagens em diversos sistemas e parâmetros, tomando consciência do processo de formação de imagem nestes sistemas e da otimização dos parâmetros associados. |
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| METODOLOGIA:
O ambiente de simulação proposto não se concentra na modelagem do feixe de raios-X, mas no processo de reconstrução por retro-projeção filtrada, principalmente com fins educacionais. O ambiente de simulação, disponível na forma de toolbox Matlab e em linguagem C#, requisita uma imagem do objeto a ser varrido na máquina virtual de tomografia. A imagem é decomposta em suas projeções utilizando a transformada de Rough, em função no número de amostras e do ângulo entre as mesmas. As projeções, sua composição acumulada e suas transformadas de Fourier são apresentadas para o usuário. No passo seguinte as transformadas de Fourier das projeções são apresentadas no plano polar complexo ao lado da transformada original da imagem. O usuário pode compreender visualmente o significado da composição polar das projeções, derivada do teorema do valor central da transformada de Fourier, com a reconstrução do plano complexo. O fenômeno de aliasing de baixa freqüência é estudado ajustando os parâmetros dos filtros digitais das projeções. Estão disponíveis diversos tipos de filtros passa-alta e adaptativos. O usuário pode ainda construir livremente a função de transferência de seus filtros. Finalmente, resultado da reconstrução, dada pela antitransformada de Fourier da composição das retro-projeções filtradas, e o erro quadrático em função da imagem original são apresentados dinamicamente para os parâmetros do filtro ajustado. |
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| RESULTADOS:
O sistema se revelou capaz de simular todo o processamento de imagens quadradas de 256 pontos em tempos menores que um minuto, permitindo a livre experimentação de todos os parâmetros de um sistema de tomografia praticamente em tempo real. Os tempos de simulação das implementações em script interpretado Matlab e C# foram semelhantes devido à otimização das transformadas no ambiente Matlab. O sistema se revelou de fácil uso, podendo ser empregado por estudantes e profissionais da área técnica e médica, no estudo de sistemas de imagem tomográfica para os mais diversos fins, incluindo tomografia geral, odontológica e óptica, dentre outros. O sistema foi avaliado por pessoal médico, e assumido como enriquecedor no ensino e compreensão de sistemas de tomografia computadorizada, permitindo livre estudo das condições de resolução, contraste, geração de ruído, granularidade e artefatos de borda. O ambiente de simulação foi batizado “Virtual-TC” e deixado disponível gratuitamente para download em http://www.fbtechcenter.com/free/virtualtc. |
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| CONCLUSÕES:
A ferramenta Virtual-TC se apresenta robusta na simulação de sistemas de tomografia computadorizada com fins educacionais. No entanto, este sistema não leva em conta as modelagem do espectro do feixe de raios-X e os efeitos da penetração diferenciada em função da energia média do fóton. Desta forma, sua imagem resultante pode apresentar divergência com sistemas reais com tubos gastos, de baixa dureza ou com sub filtração. Pela mesma razão, este sistema de simulação não deve ser empregado na simulação da aplicação de doses em procedimentos radioterápicos. |
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| Palavras-chave: imagem tomográfica; retro-projeção filtrada; ensino em ciência da computação. | ||
| Anais da 57ª Reunião Anual da SBPC - Fortaleza, CE - Julho/2005 |