Aplicação do recozimento simulado à tomografia por impedância elétrica para a obtenção de imagens absolutas

Resumo

O primeiro algoritmo para gerar imagens pulmonares utilizando TIE foi o chamado backprojection, que usa uma aproximação linear para resolver o problema inverso da TIE. Esta aproximação impõe algumas restrições como geometria circular do domínio e máxima variação de impedância que pode ser estimada com precisão. Vários algoritmos iterativos foram propostos, aumentando a precisão dos resultados ao levar em conta a natureza não linear do problema da TIE. Ambos os algoritmos não são excludentes, e a saída de algoritmos linearizados pode ser utilizada como entrada para algoritmos iterativos e vice-versa. Enquanto um prioriza a velocidade, o segundo prioriza a precisão de estimativas quando se dispõe de um maior tempo de análise. O formato torácico determina o gradiente de voltagens medido tanto quanto a distribuição de impedâncias dentro do tórax. Assim, embora seja possível a reconstrução da distribuição de impedâncias absolutas dentro do tórax, esta estimativa requer o conhecimento aproximado do formato torácico. Numa saída para contornar este problema, foi proposta a reconstrução de imagens relativas ou diferenciais. Estas imagens estimam a variação na distribuição de impedâncias intratorácicas entre dois instantes consecutivos (o primeiro funcionando como referência), assumindo um tórax aproximadamente circular e com um formato que não muda entre as duas aquisições de voltagens. Uma limitação das imagens relativas é a representação seletiva de regiões que sofrem mudanças de impedância no tempo. Isto significa que estruturas fixas como ossos, cartilagens e tecido gorduroso são invisíveis às imagens relativas produzidas pela TIE. Da mesma forma, áreas pumonares previamente consolidadas (pneumonias ou atelectasias), efusões pleurais ou uma grande bolha de enfisema, são comumente áreas silenciosas dentro das imagens relativas. É exatamente por este motivo que o salto tecnológico para obtenção de imagens absolutas à beira do leito é ansiosamente aguardado. O recozimento simulado é uma das técnicas utilizadas para obter imagens absolutas que tem produzido ótimos resultados na literatura. O recozimento simulado é um algoritmo de heurística probabilística que possui duas fases principais: fase de exploração e fase de refinamento. Foi desenvolvido pelo Laboratório de Geometria Computacional coordenado pelo proponente, um algoritmo de recozimento simulado onde alguns parâmetros podem estar na fase de refinamento enquanto outros estão na fase exploratória. Este grau de liberdade é necessário na solução de alguns problemas em que existam parâmetros que devem ser definidos antes que outros, como no problema do empacotamento amplamente estudado pelo nosso grupo. O problema da TIE consiste em encontrar as condutividades elétricas internas a um corpo a partir de medidas realizadas em seu contorno. Um conjunto de correntes elétricas é aplicado à superfície do corpo e as voltagens resultantes são medidas sobre sua superfície. Este projeto aplica o recozimento simulado proposto por nosso grupo para determinar a condutividade no interior do corpo. O algoritmo soluciona o problema da TIE, priorizando a condutividade próxima ao contorno do corpo e reduzindo a prioridade para a condutividade em seu interior. Assim, a condutividade próxima ao contorno do corpo será detalhada primeiro, enquanto a condutividade do interior estará ainda na fase exploratória. Neste projeto desejamos construir um tomógrafo por impedância elétrica com uma nova arquitetura, onde a influência de capacitâncias parasitas será minimizada. Os aprimoramentos propostos neste projeto são resultados de testes em oito protótipos durante quatro anos de desenvolvimento. Este projeto contará com a cooperação do Prof. Dr. Marcelo Amato (Faculdade de Medicina da USP) e do Prof. Dr. Raul Gonzalez Lima (Escola Politecnica da USP) que desenvolveram o primeiro tomógrafo de impedância elétrica (TIE) brasileiro. (AU)