Análise multifractal de imagens médicas

Abstract

Nos últimos anos, buscando melhorar os diagnósticos em imagens biomédicas, foram desenvolvidos diversos métodos de filtragem das imagens de forma a facilitar a detecção de padrões estruturais associados aos tumores. Por outro lado, a geometria fractal pode ser aplicada para descrever a hierarquia das irregularidades dos fenômenos naturais. As propriedades de um fractal podem ser caracterizadas por um conjunto de expoentes que descrevem um padrão no comportamento das flutuações. Esse conjunto de expoentes representa uma descrição mais completa da medida fractal e é definida como multifractal. Os parâmetros obtidos através da caracterização multifractal contêm informações que podem relacionar as propriedades observadas em diferentesescalas com os diferentes padrões de ocupação das células no tecido. Tais parâmetros oferecem, portanto, um aprofundamento na compreensão da dinâmica de formação de tais padrões. O objetivo geral desta dissertação é avaliar o formalismo multifractal como uma ferramenta útil para a caracterização de padrões espaciais de tumores hepáticos e até onde nos sabemos trata-se de um trabalho original no tema. Nele discutimos um refinamento sobre os métodos de caracterização de tumores embasados na teoria fractal de forma a considerar o espectro de dimensões fractais mediante uma análise multifractal. As imagens de tumores utilizadas foram consideradas como superfícies multi-afins. Foi feito um estudo de casos a partir de três amostras de exames médicos tomográficos com o objetivo de se testar o método na obtenção do grau de heterogeneidade das imagens. O método de cálculo do espectro multifractal foi validado de maneira a avaliar o efeito das diferentes resoluções nas imagens e os diferentes valores dos expoentes de rugosidade para o caso de superfícies monofractais. As características multifractais foram analisadas por duas abordagens. Primeiro em relação às imagens lesadas pelo tumor e segundo, pela comparação desses resultados com as imagens não atingidas pela lesão. Com esta análise pôde-se verificar que nos casos analisados as imagens apresentam um comportamento multifractal, o que indica um padrão de heterogeneidade maior do que se supunham os métodos fractais.