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Aplicação do Recozimento Simulado com Vizinhança Adaptativa à Tomografia de Impedância Elétrica para Obtenção de Imagens Absolutas

Processo: 09/14699-0
Linha de fomento:Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
Vigência (Início): 01 de dezembro de 2009
Vigência (Término): 31 de julho de 2010
Área do conhecimento:Engenharias - Engenharia Biomédica - Bioengenharia
Pesquisador responsável:Marcos de Sales Guerra Tsuzuki
Beneficiário:Thiago de Castro Martins
Instituição-sede: Escola Politécnica (EP). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil

Resumo

O primeiro algoritmo para gerar imagens pulmonares utilizando TIE faz uso de uma aproximação linear para resolver o problema inverso da TIE de foi chamado de "backprojection". 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 considerar o problema da TIE como não linear. Ambos os algoritmos não são excludentes, e a saída de algoritmos lineares 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 intra-torácicas 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 pulmonares previamente consolidadas (pneumonias ou atelectasias), efusões pleurais, ou uma grande bolha de enfisema, são comumente áreas silenciosas dentro das imagens relativas. Por este motivo, o salto tecnológico para obtenção de imagens absolutas à beira do leito é ansiosamente aguardado. O recozimento simulado (SA) é uma das técnicas utilizadas para obter imagens absolutas que tem produzido ótimos resultados na literatura. O SA é um algoritmo de heurística probabilística que possui duas fases principais: fase de exploração e fase de refinamento. Foi desenvolvido pelo candidato, um SA 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. 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 a sua superfície. Este projeto aplica o SA proposto pelo candidato 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 que a condutividade do interior estará ainda na fase exploratória. Será implementada uma nova estratégia com domínio mutável. Para cada tipo de tecido teremos uma faixa de tolerância, e o SA realizará a busca dentro da faixa. O SA determinará o tipo de tecido e em seguida detalhará o valor da impedância. Quando o SA modifica o tipo de tecido, este parâmetro cujo domínio modificado deverá ser configurado para iniciar a fase exploratória e apenas posteriormente convergir para a fase de refinamento. Até o momento, o SA está considerando apenas um único objetivo definido pela composição dos erros associados a cada medida. Entretanto, uma outra linha de pensamento é considerar cada medida realizada como sendo um objetivo a ser atingido, permitindo associar uma sensibilidade paramétrica a cada um dos objetivos. O SA será modificado para incluir a técnica multi objetivo.

Publicações científicas
(Referências obtidas automaticamente do Web of Science e do SciELO, por meio da informação sobre o financiamento pela FAPESP e o número do processo correspondente, incluída na publicação pelos autores)
SATO, ANDRE KUBAGAWA; MARTINS, THIAGO CASTRO; GUERRA TSUZUKI, MARCOS SALES. Collision free region determination by modified polygonal Boolean operations. COMPUTER-AIDED DESIGN, v. 45, n. 7, p. 1029-1041, JUL 2013. Citações Web of Science: 3.
SATO, ANDRE KUBAGAWA; MARTINS, THIAGO CASTRO; GUERRA TSUZUKI, MARCOS SALES. An algorithm for the strip packing problem using collision free region and exact fitting placement. COMPUTER-AIDED DESIGN, v. 44, n. 8, p. 766-777, AUG 2012. Citações Web of Science: 17.
MARTINS, THIAGO DE CASTRO; LEON BUENO DE CAMARGO, ERICK DARIO; LIMA, RAUL GONZALEZ; PASSOS AMATO, MARCELO BRITTO; GUERRA TSUZUKI, MARCOS DE SALES. Image Reconstruction Using Interval Simulated Annealing in Electrical Impedance Tomography. IEEE Transactions on Biomedical Engineering, v. 59, n. 7, p. 1861-1870, JUL 2012. Citações Web of Science: 20.

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