Epilepsia: dinâmica do cérebro

Proposta para Projecto de 5º ano – 2006/2007
Epilepsia: dinâmica do cérebro
filme em tempo real
Perfil dos candidatos: LECT ou LEET.
Opção Temática: Multimédia
Orientador responsável: José Maria Fernandes ([email protected])
Co-orientador: Paulo Dias ([email protected])
Colaborador(es): João Paulo Cunha ([email protected]), Beatriz Sousa Santos
([email protected])
Palavras-chave: visualização, dinâmica, propagação, processamento de sinal.
Enquadramento
O estudo da actividade eléctrica e magnética tem sido essencial no diagnóstico da Epilepsia,
possibilitando a localização da área/foco epileptogéneo (zona responsável pelas crises epilépticas).
Através de eventos electromagnéticos (ex: pontas) e de técnicas denominadas de problema inverso é
possível obter posições tridimensionais (dipólos) que podem ser mapeadas à estrutura do próprio
cérebro através da sobreposição em imagens do cérebro (ressonância magnética).
Por meio de outras modalidades como o SPECT / PET é também possível identificar áreas
susceptíveis de serem epileptogénicas. Através de marcadores radioactivos que se fixam nas áreas do
cérebro que “funcionam mal” (ex: consomem menos oxigénio e/ou mais glicose durante as crises) que
normalmente estão associadas à Epilepsia.
Através destas técnicas podemos obter “imagens” paradas no tempo do que se passa no cérebro. No
entanto, pouca atenção tem sido dada ao estudo da dinâmica da actividade cerebral. A melhor
compreensão de fenómenos temporais, como o da propagação da actividade eléctrica, pode ser
essencial na correcta localização das verdadeiras fontes da actividade cerebral.
Neste contexto, da conjugação da dinâmica cerebral (através da evolução dos dipólos ao longo do
tempo) conjugado com a informação “estática” (resultados do SPECT/PET) pode permitir aplicações
simples e relevantes no contexto do diagnóstico médico.
Objectivos do trabalho
Esta proposta de trabalho visa a concepção, implementação e instalação de uma aplicação
computacional que permita a visualização da actividade ao longo do tempo e espaço (cérebro) e coregisto dos vários tipos de informação já disponíveis:
-
morfologia ( ressonância magnética ) – referência que permite relacionar posições no espaço
com a estrutura do cérebro
-
zonas anómalas (SPECT / PET) sob forma de volume
-
problema inverso (dipólos) – permite associar eventos no tempo a localizações no cérebro
-
referências temporais – eventos relevantes no tempo que podem ser referências temporais
para análise
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Pretende-se que o aluno atinja os seguintes resultados:
−
estudo do estado da arte na visualização e co-registo de informação espaço temporal (“filme”
da actividade no cérebro);
−
aplicação para visualização dos dados tridimensionais e visualização de sinal: visualização e
correlação ao longo do tempo dos vários dados disponíveis;
Figura 1: Exemplo de visualização temporal de dipolos
−
caracterização e análise de um ou mais casos reais;
−
visualização dos dados em ambiente de realidade virtual e aumentada.
Figura 2: Visualização de dados no ambiente de realidade aumentada do IEETA.
Plano de trabalho
Prevê-se as seguintes actividades na execução do trabalho proposto:
1.
Estudo do estado da arte na visualização e co-registo de informação espaço temporal .
Pretende-se que o aluno se inteire do estado da arte, em especial no co-registo de dados de
diferentes naturezas e na visualização da dinâmica de sistemas.
2.
Testes exploratórios. Selecção da plataforma e implementação exploratória de aplicações para
representação e co-registo de dados.
3.
Desenho e implementação da aplicação. O aluno deverá desenhar e desenvolver a aplicação
para visualização dos dados. Requisitos essenciais: (a) visualização tridimensional do dados, (b)
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visualizar ao evolução ao longo do tempo. Para esse efeito, os alunos serão apoiados pelo Grupo
SIAS1, no IEETA.
4.
Testes de validação da aplicação dos casos de utilização e requisitos do sistema. Tendo por
base o trabalho anterior, o aluno identificará e efectuará testes de validação e utilização.
5.
Caracterização e análise de casos reais. Através da aplicação (1) caracterizar e identificar
eventos relevantes no sinal e (2) analisar as soluções do problema inverso associadas
correlacionando-as visualmente no espaço e tempo com os vários tipos de informação já
existentes.
6. Elaboração do relatório final e apresentação do trabalho.
Tecnologias e meios
Prevê-se a utilização das seguintes tecnologias: modelação em UML, programação em Java/C++
(aplicação) e Matlab (protótipo); plataforma VTK (visualização); sistema operativo Linux/Windows.
Os ficheiros de imagens e definição de problemas clínicos serão proporcionados pela equipa do Grupo
SIAS.
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http://www.ieeta.pt/sias/
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