Por isso, enquanto passo por uma total falta de inspiração para escrever, escolhi um artigo sobre este tema para servir de base para alguns posts (ainda não sei quantos).

O Artigo escolhido foi escrito por cientistas da Malasia, e tem o título A Graphical Method of Detecting Pneumonia Using Chest Radiography – Um método gráfico para detectar pneumonia usando radiografia do tórax (referência completa e link no final).

Pneumonia

A: Pacente normal. B: Paciente com Pneumonia.

O Método Proposto

Os autores do artigo descreveram e testaram um método para diferenciar entre Pneumonia, Tuberculose e Câncer. Para isso, trabalharam com imagens de raios-x do tórax de 130 pacientes de um Hospital de atende pessoas de toda a Malásia.

O Método é um típico processo de análise de imagens, que passa pelas seguintes etapas:

• Segmentação: A identificação das Regiões de Interesse (ROI) foi realizada manualmente por radiologistas.
• Processamento: Cada região de interesse foi submetida a uma transformada bidimensional por Daub4 wavelet. Esta operação resultou em quatro mapas de coeficientes.
• Análise das imagens: A análise dos mapas gerados no processamento (basicamente a obtenção de números a partir da imagem) foi um conjunto de 20 medidas de textura em cada mapa, gerando um total de 48 descritores texturais. Estes números foram organizados em um vetor de características de quatro dimensões para cada ROI.
• Reconhecimento de padrões: Os vetores foram combinados em uma Análise de Componentes Principais. O objetivo desta análise é reduzir a dimensionalidade dos dados (as 48 características dariam um espaço de 48 dimensões) e encontrar uma combinação de componentes capaz de diferenciar os grupos de interesse.

Qualidade dos resultados

Depois de explicar o método os autores partiram para análises de robustez do método, ou seja, ver o quanto ele resiste a variações no tamanho e variação das amostras. Isso é importante para saber se o método resistiria à uma aplicação mais ampla. Houve também testes para entender com que frequência o método erra.

A conclusão foi de que o método é capaz de identificar os casos de pneumonia, mas não se separar casos das outras duas doenças citadas, ou de determinar que um paciente está saudável. Os autores terminam ainda recomendando o método para o uso na prática, sendo que a não-detecção deve encaminhar o paciente a outros testes.

Porque isso me interessa?

Quem já assistiu alguns episódios de House (as histórias são ficção, mas as doenças são reais) percebeu a quantidade de doenças que tem sintomas parecidos e a variedade de situações que podem confundir mesmo os médicos mais experientes.

Quem mora em cidade pequena, áreas remotas e “Não me perguntes onde fica…” sabe que não é sempre que se pode ter acesso aos médicos mais experientes, mesmo que se tenha dinheiro para pagar pelas consultas.

Eu vejo estes problemas senho gradativamente minimizados através de soluções da Telemedicina e do diagnóstico Auxiliado por computador. Acredito que, num futuro próximo, médicos que atendam em regiões em que não há um grande hospital possam se valer destas ferramentas para aumentar a chance de um diagnóstico mais rápido e preciso em seus pacientes.

Também espero que os recursos de diagnóstico Auxiliado por computador cheguem a se tornar baratos o suficiente para serem usados já na triagem, em postos de saúde – quando os clínicos gerais decidem para qual especialista devem enviar os pacientes.

O que você acha? Responda usando os comentários…

Referências e outras notas

• Noor, N. M.; Rijal, O. M.; Abu-bakar, S. A. R.; Iqbal, M.; Peng, G. C. (2009). A Graphical Method of Detecting Pneumonia Using Chest Radiography Wseas Transactions on Information Science and Aplications
• Link: A Graphical Method of Detecting Pneumonia Using Chest Radiography
• Imprecisões na tradução de termos médicos podem acontecer, porque eu não sou médica. Corrijam-me por favor!
• Imagem de raio-x do WikiCommons: http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Pneumonia_x-ray.jpg
• Imagem panorâmica do pampa, de largerich
• Os métodos citados aqui provavelmente serão parte dos próximos artigos. Assine o RSS, se eles lhe interessam!

Hoje eu participo de ‘algumas’ comunidades (entre discussões e desenvolvimento), trabalho em casa usando o servidor da empresa e falo com pessoas que não moram na mesma cidade sem perder um segundo com deslocamento. Assim como é possível conversar, também é possível exercer várias atividades profissionais sem gastar combustível nem papel. Acho que dá para agrupar estas atividades usando o termo Teletrabalho, apesar do uso do termo ainda ser meio restrito.

Neste BlogActionDay, escolhi falar um pouco sobre a Telerradiologia, porque está no escopo das minhas pesquisas mais recentes, e de suas vantagens em relação ao trabalho “não-tele” para a manutenção do clima no nosso planeta.

A Telerradiologia

Quando foram descobertos os Raios-X, iniciou o surgimento da área da medicina conhecida como Radiologia, ou Diagnóstico por Imagens. De lá para cá, outros equipamentos surgiram, até mesmo utilizando outras tecnologias diferentes no raio-x (veja o post sobre Diagnóstico por Imagens para entender algumas delas).

Hoje a maioria dos equipamentos fabricados já capta imagens digitalmente, dispensando qualquer tipo de filme ou impressão, com mais resolução e qualidade de imagem. Para facilitar a troca de informações e fugir dos formatos de arquivos proprietários foi criado o padrão DICOM, que possibilida a troca de arquivos de imageamento médico sem preocupação com diferenças entre softwares ou sistemas operacionais.

Hoje, ainda se usa imprimir os exames, por dois motivos: (1) algumas clínicas e hospitais ainda não obtiveram recursos para trocar seus equipamentos antigos (analógicos) pelos novos (digitais) e (2) porque a maioria dos médicos ainda não aderiu ao uso do digital. Por incrível que pareça, a segunda causa é mais comum que a primeira!

Porque ainda não emplacou?

As razões que ouvi de médicos nos últimos meses foram as mais variadas, desde tabus (“a imagem digital tem menos qualidade que a analógica” ?!) até a falta de conhecimento geral de informática, passando até pela omissão da legislação brasileira a respeito da segurança para a manutenção de bancos de dados de imagens médicas.

Pelo menos o tabu dá para esclarecer: Ao contrário de alguns mitos que ouvi, a imagem digital tem mais qualidade, ou seja, mais resolução espacial e mais níveis de cor, do que a imagem analógica ou a digital impressa. E quem analisa ainda tem a vantagem de usar algumas ferramentas facilitadoras de visualização, que vão desde o zoom até a reconstituição 3D.

Como esta tecnologia pode ajudar a combater a mudança do clima?

Imprimir menos (ou nada): Na maioria dos casos, não seria necessário imprimir exames se o radiologista e o médico solicitante tivessem o equipamento (computador) e o conhecimento básico para analisá-los no monitor. Imprimir menos significa menos matéria prima (papel/filme/tinta), e por consequência menos atividade industrial.

Diminuição do deslocamento de pacientes: A ida à clínica para fazer o exame ainda não se pode evitar, mas a ida à clínica para “pegar” o exame seria abolida. Isso diminui o gasto com combustível e a emissão de carbono do veículo utilizado. É pouco? Pense nas pessoas que moram em cidades do interior e viajam 200, 300Km para exames e consultas!

Diminuição do deslocamento de cópias físicas: Nos casos em que as pessoas não precisam ir buscar os exames pessoalmente, eles são enviados por correio, ou levados por entregadores até os consultórios. Isto também gasta combustível e emite carbono. Não pense em UM envelope, pense em milhares deles.

Diminuição do deslocamento de profissionais: Aqui vou usar um exemplo. Conheço um Odonto-radiologista que vai à clínica à noite para trabalhar sozinho nos laudos que precisa emitir. Ele não tem que estar presente quando o paciente é submetido ao exame (quem faz isso é um técnico), e prefere trabalhar à noite, quando a clínica está vazia. Se a base de dados da clínica fosse acessível remotamente, ele poderia trabalhar em casa!

A Telemedicina

A Telemedicina vai além da distribuição e análise de exames. Hoje é possível consultar especialistas remotamente (a lei exige que o paciente tenha um acompanhamento presencial, mas este médico pode contatar outro médico na presença do paciente, ou após a consulta); é possível realizar cursos de atualização para os médicos e palestras de esclarecimento e conscientização para público em geral de forma remota. Com o equipamento certo, até cirurgias podem ser realizados remotamente.

Mais?

Assim como estas, outras atividades profissionais já têm todas as ferramentas para serem realizadas de forma remota, pelo menos em parte. Exemplos: Tele-desenvolvimento de software; Tele-grupos de pesquisa; Tele-contabilidade, outras. Alguas atividades podem ser parcialmente “Teles”, e presenciais quando é realmente necessário.

Não falo de terminar com a interação o humana. O contato entre pessoas é saudável e necessário. Nem falo de ficar sem sair de casa, mas acho que a obrigação do deslocamento precisa diminuir, até mesmo para diminuir os engarrafamentos…

Fotografia do telefone: de IorZ.

É sobre brilho e contraste

O tomógrafo é capaz de captar imagens em até 16 bits por pixel, que é igual a 2¹⁶, igual a 65.536 tons de cinza, mas nossos olhos são capazes de distinguir apenas uns 16 a 32 tons. Numa radiografia (e também na CT), alguns elementos têm uma densidade radiológica muito baixa, como o ar, e outros uma densidade radiológica alta, como os ossos, o que traz um ótimo contraste.

Mas a maioria dos órgãos tem densidade próxima da da água, e fica impossível distinguir uns dos outros numa imagem em que o histograma vai do ar aos ossos. É como uma daquelas fotografias em que metade do rosto da pessoa fica no sol e outra na sombra.

Para solucionar este problema os radiologistas usam apenas a parte do histograma em que as estruturas de interesse aparecem. Ou seja, uma janela do histograma total.

A escala de Hounsfield

Hounsfield é o nome do radiologista que encontrou esta solução, na década de 70. Ele estabeleceu uma escala arbitrária de densidades radiológicas – a escala de Hounsfield (unidade uH).

Alguns valores de referência desta escala:

• 1000uH é a densidade radiológica do ar;
• 100uH é da gordura;
• 0uH é a da água (e de mais ou menos 80% do corpo humano;
• 1000 é a dos ossos.

Como isso se relaciona com os níveis de cinza

Nos esquemas abaixo usei uma imagem do estudo PHENIX da página de exemplos do osirix que abri com o ImageJ.

Esta imagem foi adquirida em 12 bits por pixel, o que dá um total de 2¹² = 4096 tons de cinza. Esta é a mesma quantidade de valores do histograma, que está na escala de Hounsfield.

Em bons programas de imageamento médico, os valores dos pixels são expressos na escala de Hounsfield, e não tons de cinza brutos.

Imagem e histograma em unidades uH, no ImageJ.

No histograma, à direita da ilustração, assinalei dois picos e uma região importantes. O primeiro pico tem densidade radiológica próxima de -1000 uH, correspondente ao ar, encontrado nas vias respiratórias e na região fora do paciente. O segundo pico está próximo da densidade radiológica da água, de 0 uH, e inclui a maior parte dos tecidos presentes na imagem. A região dos ossos não forma um pico, mas provavelmente era a região de interesse neste estudo.

Ok, e na prática…

No ImageJ, que é um programa mais científico e educacional que de produção, a adaptação da janela é feita com uma ferramenta que mostra o histograma. Mas isso não é a regra geral dos programas de imageamento médico. No Osirix escolhe-se uma opção entre valores pré-selecionados, ideais para cada tipo de exame, ou coloca-se os valores manualmente numa caixa de diálogo.

Operação de histograma usual em imageamento médico, algumas vezes chamada de "janelamento".

Assinalei as tags 0028,1050 e 0028,1051, que trazem algumas informações para o ajuste do histograma. Usei exatamente estes valores para ajustar a imagem (centro de janela=600uH e abertura de janela=1600uH. O resultado foi um destaque maior para os ossos, que provavelmente eram o assunto deste estudo.

Referências:

• “Primeira Aula Prática”, por Adolfo de Carvalho Neto, da Unifersidade Federal do Paraná
• TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA 2006 – Se o autor tivesse assinado a apresentação, seu nome estaria aqui. (pelas outras publicações ele provavelmente é professor da ULBRA)

Como funciona

Exemplo de exame com várias imagens.

Nos equipamentos de exame mais complexos, com o de Tomografia e o de Ressonância magnética, cada exame é composto de várias imagens. Na maioria das vezes são imagens de secções (fatias) do corpo do paciente. Além da imagem, o arquivo também guarda informações sobre o ângulo, orientação e outras formas de localizar cada secção quando as imagens forem analisadas.

Estas imagens ficam organizadas em uma hierarquia que pode ser vista como o sistema de pastas que usamos normalmente (e é representada por pastas na maior parte dos visualizadores).

Cada exame é um estudo (study), e é o equivalente ao diretório raiz daquele exame. Todas as imagens de um mesmo estudo possuem o mesmo valor na tag Study Instance UID (0020,000D).

Hierarquia de um estudo (exame) em DICOM.

Alguns exames requerem a obtenção de imagens em várias posições, ou níveis de exposição. Neste caso, o estudo é dividido em séries (series), sendo que cada série corresponde a uma posição, por exemplo. Todas as imagens da mesma série possuem o mesmo valor na tag Series Instance UID (0020,000E).

Cada série contém um número de imagens, ou fatias (slices). Cada uma das imagens é um DICOM Information Object (vou traduzir como Objeto-informação). Cada objeto contém informação suficiente para que se saiba a que estudo e paciente ele pertence, mesmo que seja separado dos outros. Cada objeto possui um identificador único, na tag Instance UID (?ver número da tag), capaz de determinar se um objeto (imagem) já existe ou não em um determinado banco, evitando duplicações.

Na página do Osirix tem estudos completos para baixar e usar como exemplo. E se você tem um Mac pode usar o Osirix para ver as imagens.

Software

Procurei por semanas um software que funcionassem no Ubuntu e fosse capaz de abrir estudos inteiros e me deixar visualizar as imagens em séries…

O Aeskulap viewer parece fazer isso, mas por alguma razão obscura não funcionou no meu computador.

ImageJ (de novo)

Mosaico construído com o ImageJ, de uma série de um dos exames disponíveis para download na página do Osirix.

Semanas depois descobri um programa capaz de abrir uma série em cada janela, como um conjunto de stacks: Adivinhe se puder:
o ImageJ.

É só ir no menu File –> Import –> Image sequence… e escolher uma série. Não clique sobre nenhum arquivo, apenas coloque um asterisco na caixa de texto onde deveria ficar o nome do arquivo. Vai abrir uma janela com algumas opções de seqüencia de imagens. Se não tiver preferências em específico, clique OK.

As imagens abrem na mesma usada para os stacks, e é possível passar as imagens manualmente, exibir como filme ou gerar mosaicos. Mas o ImageJ não abre imagens compactadas.

Existe um plugin chamado Tudor DICOM que funciona como um visualizador DICOM dentro do ImageJ, e até tem uma versão “stand alone”, mas por algum motivo bizarro (de novo) não consegui fazer funcionar. Entrei em contato pela lista, mas ninguém pôde me ajudar, já que parece ser um problema meio incomum.

Outros

Neste fórum, encontrei o 3D Slicer. Estou baixando ele neste momento e pretendo instalar e testar nesta semana.

Alguém conhece outro bom visualizador DICOM que funcione em Linux? Por favor envie um comentário. Ainda quero fazer uma lista com estes recursos todos aqui no blog.

(Créditos: A primeira imagem é um PET scan, uma técnica de medicina nuclear, de Reigh LeBlanc.)

Até mais!

Ultrassom obstétrico.

Por não utilizar radiação ionizante, como na radiografia e na tomografia computadorizada, é um método inócuo, barato e ideal para avaliar gestantes e mulheres em idade procriativa.

Este texto procura demonstrar de forma simples como esta técnica de imageamento funciona, e como as imagens produzidas por ela podem ser utilizadas.

De som para imagem

A criação de uma imagem a partir de som se dá em 3 etapas: produção da onda sonora, recepção do eco e interpretação do eco recebido.

A produção do som

Uma onda sonora é produzida tipicamente por um transdutor piezoelétrico (se precisar de uma definição, just google it). Fortes e curtos pulsos elétricos originados no aparelho de ultrassom fazem com que o transdutor vibre, emitindo som em uma determinada frequência. O som é direcionado pelo formato do transdutor, um tipo de lente acoplada a ele, ou por sistemas mais complexos de controle. O direcionamento produz uma onda sonora em forma de arco. A onda se move para dentro do corpo do paciente e retorna, ao encontrar uma mudança na densidade do corpo, a uma determinada profundidade.

O som é parcialmente refletido (aí está o eco) pelas camadas formadas por diferentes tecidos do corpo. Especificamente, o som é refletido em qualquer lugar em que a densidade do corpo mude.

Recepção dos ecos

O retorno da onda sonora ao transdutor resulta no mesmo processo que foi necessário para emitir o som, só que ao contrário. O retorno das ondas sonoras faz vibrar o transdutor, que transforma as vibrações em pulsos elétricos que se deslocam para o scanner de ultrasson. O scanner processa os pulsos elétricos e os transforma em uma imagem digital.

Formação da imagem

O scanner sonográfico determina três informações de cada eco recebido:

1. Quanto tempo levou desde a transmissão até a recepção do eco.

2. A partir do intervalo de tempo, calcula a distância (profundidade) onde o foco se formou, possibilitando uma imagem nítida do eco na dada profundidade

3. Qual a intensidade do eco.

Quando o scanner sonográfico determina estas três informações, ele pode alocar cada pixel da imagem em uma intensidade.

Outra forma de explicar…

A transformação do sinal recebido em uma imagem pode ser explicada usando uma planilha como analogia. Imagine o transdutor localizado na primeira linha, ocupando várias colunas. Ele manda pulsos para baixo, em cada coluna da planilha. Então espera para ver quanto tempo cada pulso levou para retornar (eco).

Quando mais demorar, mais o sinal se deslocou para baixo na coluna correspondente. A intensidade do eco determina a cor que a célula vai ter (branco para um eco forte, preto para um muito fraco, e graduações de cinza para as intensidades intermediárias). Quando todos os ecos retornam e toda a informação é armazenada na planilha, a imagem está pronta.

Software

A maioria dos fabricantes de equipamentos já incluem o software no “pacote”.

Ultrassom obstétrico em "4D"

De posse da imagem gerada no equipamento, é possível processá-la em diferentes programas, desde que o programa original permita que se salve a imagem. O formato DICOM é o padrão para imagens médicas e, no caso do ultrassom, pode ser exportado como uma série temporal em um único arquivo dicom. No ImageJ, por exemplo, ele abrirá como uma stack.

O principal entrave para o uso de técnicas de processamento e análise de imagens mais avançadas nestas imagens é o ruído. Por isso a pesquisa hoje se concentra em avançar em dois sentidos: técnicas que diminuam o ruído da imagem e técnicas que melhoram a visualização, para facilitar a observação humana dos exames.

O segundo tópico é mais proeminente, e gerou a tecnologia conhecida como Ultrassom 4D, que é a geração de uma imagem em 3 dimensões a partir do ultrassom (a quarta dimensão é o tempo, já que as imagens são geradas em tempo real).

No YouTube, quem procurar por ultrassom, ou ultrassonografia (ou o equivalente em inglês) encontra tantos exemplos de ultrassom quantos puder assistir.

Crédito das imagens

As duas imagens de ultrassom exibidas aqui são de VirtualErn. Quem quiser conhecer o bebê depois de pronto é só visitar o link, que ele já nasceu.

O trabalho de Martin Donnelley descreve como ele desenvolveu um método automatizado para detectar fraturas em ossos longos. O texto avisa que as radiografias precisam ser de alta qualidade, máquinas antigas de radiografia não servem porque as imagens tinham mais defeitos e eram captadas por filme, e não em formato digital.

Para os mais desavisados pode parecer algo supérfluo, afinal fraturas não são sempre óbvias como a que aparece na figura? Nem todas.

“Satisfaction or search”

Radiografia de uma fratura.

Também aprendi, durante a minha leitura, que boa parte dos processos por erro médico são motivados por um erro no diagnóstico de fraturas. O médico ou radiologista não viu a fratura, ou não viu todas as fraturas). Em casos de acidentes mais graves, um “mecanismo psicológico conhecido como satisfação da busca (satisfaction of search (SOS)) faz com que o médico se dê por satisfeito por encontrar uma ou duas fraturas.

É aí que entra o método desenvolvido, que é capaz de detectar até a menor imperfeição no osso examinado.

Imperfeição é igual a fratura? nem sempre.

Os resultados dos testes foram uma enxurrada de falsos-positivos em meio aos casos de fraturas reais. Isto vai lhe parecer ruim se você for um engenheiro, mas para os médicos é um bom começo. É melhor que o software exagere no zelo e deixe os casos limites para o médico decidir.

O que os médicos receberiam seria uma imagem como a original, só que com as imperfeiçoes encontradas circuladas em uma cor chamativa. É como alguém dizendo ao médico: “olhe com mais atenção aqui, aqui e aqui.”

O método

Não há como descrever o método em um post (é preciso uma tese de doutorado…). Os algoritmos ficaram bem complexos de implementar e demorados na execução. Esta demora chega a ser um obstáculo para o uso real desta técnica. Obstáculo, não empecilho.

Quem acompanha as novidades tecnológicas é capaz de imaginar alguns caminhos para a aceleração de processos computacionais demorados. A meu preferido é o uso de GPUs para processar imagens. Os GPUs são processadores gráficos que tiveram seu desenvolvimento beneficiado pela indústria dos games e hoje são extremamente rápidos. Alguns pesquisadores já começaram a trabalhar em aplicativos que usem seu poder de processamento para outras tarefas.

Tecnologia de video-game na medicina? Acho que isso nem é mais novidade…

Referências e créditos:

Donnelley, Martin. COMPUTER AIDED LONG-BONE SEGMENTATION AND FRACTURE DETECTION. Tese apresentada à Flinders University of South Australia para a obtenção do título de Doctor of Philosophy. Adelaide, South Australia. January de 2008.

Imagem da radiografia, de Bill in Ash Vegas.

Abreugrafia é uma radiografia tórax que, em vez de ser impressa no filme radiográfico (conhecido como chapa), é transferido para um filme fotográfico de 30 ou 70 mm. A imagem fica pequena, mas era suficiente para diagnosticar a tuberculose, que estava em plena epidemia em várias partes do mundo na década de 1930.

A data oficial da invenção é 1936. O inventor: Manoel de Abreu (a técnica levou seu nome), brasileiro. A substituição da chapa pelo filme foi um modo de reduzir o custo e tornar a técnica aplicável em um grande número de pessoas em um curto espaço de tempo. Era um exame de triagem. Mas sua grande contribuição histórica vai muito além disto.

A descoberta da radiologia como técnica de diagnóstico

Radiografia de um paciente com tuberculose avançada.

Na época, a radiologia ainda era mais uma curiosidade do que um meio de diagnóstico. O texto da unicamp descreve situações em que pessoas (de muito dinheiro) usavam os equipamentos como parte da diversão em suas festas! É claro que os efeitos nocivos da radiação ainda não eram conhecidos…

Os médicos não acreditavam que uma imagem de dentro do corpo humano pudesse ser mais eficaz no diagnóstico do que o tradicional método de percussão e auscultação, com uso de estetoscópio.

A tuberculose não era diagnosticada na fase inicial, e isso contribuiu para a instalação de fortes epidemias em várias partes do mundo, incluindo o Rio de Janeiro, onde Manoel de Abreu vivia. A sua invenção foi um marco para a medicina por dois motivos: deu aos médicos uma nova forma de enfrentar as epidemias, diagnosticando a tuberculose enquanto ainda era tratável; e demonstrou que a radiologia podia ser uma boa ferramenta de diagnóstico.

Hoje

Hoje não se fala mais em usar Abreugrafia como triagem, por causa dos perigos de se expor pessoas saudáveis à radiação sem necessidade. Isto porque já existem outros métodos de diagnosticar a tuberculose, e a epidemia não acontece mais em escala mundial (ficou restrita a alguns países da África).

No entanto, o seu principal legado nos permite outros muitos diagnósticos (e tratamentos) que sem a radiologia não seriam possíveis. Tão importante é a radiologia para a medicina que aceita-se expor pacientes à radiação quando necessário, de forma controlada, apesar de conhecermos  os problemas que pode causar.

Da definição do próprio documento do padrão (PS3.10, pagina 11):

DICOM file format: The DICOM file format provides a means to encapsulate in a File the Data Set representing a SOP Instance related to a DICOM Information Object.

“the Data Set” é um conjunto de dados (que normalmente envolve uma ou mais imagens e várias outras informações relacionadas.

Exame de ressonância magnética.

Crédito da imagem: Gaetan Lee.

“a SOP Instance related to a DICOM Information Object“: SOP é a sigla para Service Object Pair (par serviço-objeto). Um serviço do padrão DICOM é uma norma para um procedimento, como armazenar, imprimir, recuperar do banco de dados, entre outros. Os objetos são as modalidades descritas no padrão, que representam as técnicas médicas para obter cada exame, como Ressonância Magnética, Tomografia Computadorizada, Ultra-som, entre outros.

Como exemplo, uma SOP Instance equivale à instrução: armazene este Ultra-som. Onde Armazene é o serviço Store, Ultra-som é o objeto e “este ultra-som” é a instância do objeto.

Agora em português: O arquivo é uma forma de armazenar um conjunto de dados relativo a um procedimento médico. Por isso não é permitido armazenar só a imagem (que é apenas uma parde da informação), e é obrigatório o armazenamento do TODO o conjunto de dados.

Cada arquivo só pode conter informação associada e uma SOP Instance, ou seja, não se pode misturar exames de mais de uma modalidade (ultrassom com raio-X) ou de vários pacientes num mesmo arquivo.

Nomes dos arquivos

O padrão define que os nomes dos arquivos devem ter no máximo 8 caracteres. Todos os exemplos que aparecem no documento têm todos os caracteres maiúsculos, sem nenhuma extensão e não há nenhuma menção à extensão .dcm. No entanto, a maioria das imagens disponíveis para download em outros sites, vêm com esta extensão, além de ultrapassarem o número de 8 caracteres. ??

Cabeçalho (Header)

Um arquivo DICOM é formado por um cabeçalho padrão e o conjunto de dados.

Screenshot do diálogo do ImageJ que mostra as informações textuais gravadas no arquivo DICOM.

O cabeçalho e formato por três partes. A primeira é um preâmbulo de 128 bytes. Este espaço não é usado pelo padrão DICOM – é um convite à compatibilização com outros formatos. Uma aplicação pode salvar aí um cabeçalho que permita a visualização da imagem e/ou do conjunto de dados por um programa qualquer.

A segunda parte é a seqüencia de caracteres “DICM”.

A terceira parte é um conjunto de Meta Elements, com Tags e comprimentos definidos no PS 3.10 do padrão. São as tags do grupo 0002.

Tags são compostas de 4 dígitos hexadecimais (gggg,eeee), onde gggg representa o grupo, e eeee, o número do elemento dentro do grupo.

Conjunto de dados do corpo do arquivo

O corpo do arquivo é uma lista de tags e atributos. Eles reúnem informações sobre o paciente, o procedimento realizado (exame), equipamento de imageamento médico, condições de aquisição da imagem, entre outros. O conjunto de informações que deve aparecer no arquivo é definido de acordo com a modalidade, que também é declarada em uma das Tags.

Os equipamentos de imageamento que produzem informações no padrão DICOM, estão programados para atender o padrão, enviando as informações necessárias para a transmissão (para o servidor) e/ou armazenamento local.

Imagem(s)

A imagem faz parte do corpo do arquivo e é armazenada com a Tag (7FE0,0010).

Esta imagem é distribuída, como exemplo, com o ImageJ.

O padrão define que cada arquivo só pode ter uma imagem, mas não limita o número de frames (camadas de imagem). O que significa que um número ilimitado de imagens pode ser armazenado, desde que tenham mesmo tipo e tamanho. É regra converter imagens geradas como vídeo (como em angiografias) em um conjunto de múltiplos frames, que serão tratados como uma série temporal. Alguns visualizadores são capazes de reconstituir o vídeo, através de uma animação.

O padrão define alguns formatos para a imagem. Há um formato sem compressão (o ImageJ só abre este), e vários tipos de compressão aceitos (JPEG 2000, Run Lenth, entre outros), tanto sem perda, quanto com perda de informação. No caso de usar compressão com perdas, essa informação é adicionada ao arquivo, com a Tag 0028,2110 seguida pelas informações sobre o método e a taxa de compressão, nas tags 2112 e 2114, do mesmo grupo.

Software

O ClubPACS tem uma lista de visualizadores DICOM gratuitos. Com eles é possível ver as imagens geradas pelos equipamentos. Não é possível salvar qualquer imagem como DICOM e, na maioria dos programas, também não é possível fazer alterações nas imagens. Estas tarefas obedecem a protocolos específicos. Somente equipamentos de radiologia (e alguns simuladores) podem produzir imagens DICOM.

Ufa!

Digite a sigla dicom no google e você recebe mais de 3 milhões de respostas. Informação confiável? Útil? Haha! Para escrever este post arregacei as mangas (e coloquei os óculos) para ler o PS 3.10, além de partes do PS 3.3 e PS 3.5 do padrão. A vantagem é que saiu direto da fonte, sem intermediários.

Ajudaram também Uma introdução não-técnica ao padrão DICOM (em inglês) e a velha amiga Wikipédia. Aqui tem alguns exemplos de imagens DICOM, em tipos diferentes de compressão.

Esta informação ajudou? Inscreva-se para receber todas as atualizações: RSS feed do ImageSurvey!

Foi criado por um comitê formado a partir da união entre American College of Radiology (ACR) e do National Electrical Manufacturers Association (NEMA), com a finalidade de solucionar o problema da babel de formatos de arquivos, imagens e informações gerados por equipamentos e fabricantes diferentes, dentro das aplicações de imageamento médico. O grupo trabalhou desde 1983, produzindo 3 padrões. O terceiro é o DICOM, publicado em 1992 e usado até hoje.

A página oficial foi a que menos contribuiu nesta pesquisa. O artigo da Wikipedia em inglês ajudou bastante, com histórico e informações gerais. Já o artigo da Wikipedia Lusófona tem um aviso de inconsistência, que eu pretendo resolver enquanto faço minha própria pesquisa (mais artigos virão, aguarde…)

A versão mais atual, oficialmente, é a de 1992, ainda. Mas houve várias atualizações de lá para cá. O site oficial mantém um conjunto de arquivos pdf atualizados (aparentemente ano a ano). A situação em termos de propriedade intelectual também pode ser encontrada no site oficial.

Imagem de mecredis.

O padrão

Como o seu nome completo faz suspeitar, DICOM não é só um formato de arquivo. É um padrão para comunicação e imagens em medicina. Na prática, o padrão DICOM especifica vários serviços, que incluem os procedimentos que o comitê considerou necessário para o atendimento de todos os procedimentos necessários para o atendimento das rotinas presentes no exercício da medicina, que passem pela geração e análise de imagens.

Para tanto, o comitê padronizou as ações, dividindo-as em serviços.

Serviços DICOM

A seguir estão alguns dos serviços inclusos no padrão:

DICOM Store, ou Armazenamento DICOM
Serviço usado para enviar imagens ou outras informações, como relatórios, informações do paciente, para um sistema de PACS.

DICOM Storage Commitment, ou Confirmação de Armazenamento
Usado para confirmar que uma imagem foi armazenada permanentemente. É como um protocolo de segurança, que avisa o usuário quando ele pode, com segurança deletar os arquivos em sua estação de trabalho local.

Lista por sunshinecity.

Query/Retrieve, ou Busca e Recuperação
Permite a uma estação de trabalho localizar listas de imagens, entre outros, e recuperá-lo a partir do PACS (ou banco de dados) em que estão armazenados.

Modality Worklist, ou Lista de Tarefas
Habilita um equipamento de imageamento médico (chamado pelo padrão de modality) a obter detalhes de pacientes e exames agendados eletronicamente.

Modality Performed Procedure Step, ou Procedimento Realizado por Equipamento
É um serviço complementar ao worklist que habilita um equipamento a enviar relatórios sobre um exame realizado, incluindo dados de aquisição das imagens, horários de início e fim e duração do exame, assim como doses de contrastes, por exemplo.

Printing, ou serviço de impressão
Usado para enviar imagens para uma impressora de DICOM. Há um padrão de calibração para ajudar a manter a consistência entre os vários equipamentos de visualização, incluindo a impressão de cópias físicas.

Off-line Media (DICOM Files)
Este serviço corresponde ao formato de arquivo DICOM, de extenção .dcm. Ele descreve como armazenar informações e imagens médicas em uma mídia removível qualquer. É obrigatória a inclusão da “File Meta Information”, que são as informações textuais ligadas à(s) imagem(s). Alguns exames geram, por definição, várias imagens. Estas devem ser armazenadas sempre no mesmo arquivo, juntamente com a identificação do paciente. O fato de agrupar todos estes dados evita que exames possam ser trocados e atribuídos a pacientes errados.

Serviços e modalidades

O padrão também define como deve ser tratado cada um dos serviços em cada modalidade, como Raio-X, Tomografia Computadorizada, entre outros (consulte o artigo sobre o uso de imagens na medicina). Isto porque cada uma das modalidades (tipos de exames) têm suas particularidades que devem ser respeitadas e atendidas. As associações entre serviços e modalidades são referidas no padrão como SOP (Service-Object Pair).

Software e outras ferramentas

O site ClubPACS fornece uma grande variedade de links para visualizadores, aplicativos e ferramentas de desenvolvimento que atendem o padrão DICOM, assim como várias ferramentas de PACS (Sistema de Comunicação e Arquivamento de Imagens).

Foi por causa do seu início, com os Raios-X, que a área da medicina que usa imagens como meio de diagnóstico ficou conhecida como Radiologia, mas o termo Diagnóstico por imagem parece mais usado atualmente (que me corrija, quem for médico, se eu estiver errada…).

Hoje existem vários tipos de exames baseados nesta tecnologia e em outras formas de obter imagens do corpo humano. Depois de muito procurar, finalmente encontrei um site sobre radiologia com informações técnicas credíveis. Colhi estas e outras informações e organizei uma pequena introdução ao assunto. Vamos a ela:

Radiografias

Radiografia convencional – Um aparelho de radiografia inclui uma fonte de raios-X e um receptor de raios-X, que pode ser um filme parecido com filme fotográfico, ou pode ser uma placa que capta os raios de forma que se possa converter o resultado em uma imagem digital (uma opção para clínicas que já possuem um aparelho convencional, mas querem adotar as imagens digitais).

Exemplo de radiografia.

Radiografia, de Bill in Ash Vegas.

Radiografia digital – Usa os mesmos princípios físicos da radiografia convencional, mas o aparelho já é construído para a obtenção de imagens digitais, sem o uso de filme.

Radiografias contrastadas – Podem ser feitas tanto em aparelhos convencionais quanto nos novos, digitais. A diferença é o uso de alguma substância injetada no paciente para realçar os órgãos de interesse do médico.

Densitometria óssea – também usa raios-X, mas o objetivo deste exame é avaliar a quantidade de cálcio nos ossos.

Mamografia – Outra aplicação dos raios-X, mas específico para o exame da mama. Assim como as radiografias comuns, ele também existe nas duas versões (filme/ digitas).

As radiografias geram imagens em tons de cinza (o número de níveis varia de acordo com a resolução espectral do sensor).

Tomografia Computadorizada

Tomografia computadorizada – Este exame permite a visualização de vários planos (como se fossem fatias) do corpo. Ele também utiliza a tecnologia dos raios-X, mas o resultado é um conjunto de imagens, correspondendo uma a cada plano fotografado. As imagens também são em tons de cinza.

Exemplo de ultrassom.

Ultrassom de VirtualErn.

Ecografia / Ultra-sonografia

Nas ultra-sonografias, o som é usado para captar as imagens. O aparelho emite som numa frequência de 2 até 14 Mhz (dependendo do tipo de equipamento), que nós não somos capazes de ouvir. O som encontra obstáculos dentro do corpo de e faz o caminho de volta, como um eco. O aparelho capta o eco e o transforma em imagens em tons de cinza. A grande vantagem deste tipo de exame é que ele é totalmente inofensivo, e pode ser usado para acompanhar o crescimento dos futuros bebês sem risco.

Ressonância magnética

O paciente é submetido a um forte e uniforme campo magnético, que afeta principalmente os núcleos de certas moléculas. É a direção dos campos magnéticos gerados que fornece contraste à imagem. O processo todo é bem difícil de ser entendido pelos não-físicos, com eu, mas eu encontrei a explicação aqui. Se alguém quiser tentar, boa sorte!

O importante é saber que o contraste é maior para tecidos moles, e menor para tecidos duros como ossos, ao contrário do que acontece nas radiografias. A imagem formada também fica em tons de cinza.

Medicina nuclear

Imagem obtida por PET scan, uma técnica de medicina nuclear.

Imagem obtida por PET scan, uma técnica de medicina nuclear, por Reigh LeBlanc.

Esta área de diagnóstico por imagens ocupa-se do uso de marcadores radioativos para observar processos fisiológicos, ou seja, o funcionamento dos órgãos do paciente, de forma não invasiva. Os marcadores ligam-se a algumas moléculas, que são de interesse para o exame e emitem raios gama, enquanto seguem seu caminho pelo organismo do paciente. Uma câmera especial capta os raios gama e mostra todo o caminho que as moléculas estão fazendo no organismo. Apesar da palavra radioativo assustar um pouco, os médicos dizem que estes exames são menos prejudiciais que os raios-X.

Mais informações

Para quem quiser saber mais sobre a evolução do uso de imagens na medicina (e é capaz de entender inglês sem legenda), este vídeo é ótimo. Ele aborda o assunto de uma maneira bem interessante, e só leva 8 minutos.

Uma bonita curiosidade: arte em raios-X.