Apresentação Mário Figueiredo

Imagiologia Médica: História,
Avanços, Impacto, Desafios,…
Mário A. T. Figueiredo
Instituto Superior Técnico,
Universidade de Lisboa, Portugal
ULisboa, 2016
Instituto de Telecomunicações
Lisboa, Portugal
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A ubiquidade das imagens no mundo moderno
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens no mundo moderno
Os seres humanos “adoram” imagens!
ULisboa, 2016
“Ver para crer”
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito pequeno
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito pequeno
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito pequeno
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito pequeno
Microscopia de força atómica (AFM) e microscopia de efeito de túnel (STM)
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito grande/longe
ULisboa, 2016
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A ubiquidade das imagens na ciência: o muito grande/longe
ULisboa, 2016
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“Olhando” para dentro: imagens médicas
A primeira radiografia (Röntgen, 1895)
Tecnologia inicial: filme+revelador ou ecrã fluorescente
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O advento da electrónica
Nas décadas centrais e finais do sec. XX, a electrónica invadiu o mundo!
Rádio, radar, sonar, televisão, discos, cassettes, CDs, telefones fixos e móveis, telecomunicações,
satélites, GPS, viagens espaciais, computadores, Internet, fotografia digital, vídeo, distribuição de
electricidade, robótica, automação industrial, banca electrónica, e-mail, …
ULisboa, 2016
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O advento da electrónica: enorme impacto na imagiologia médica (IM)
Mesmo a electrónica analógica dos anos 50~60 teve enorme impacto na imagem médica
ULisboa, 2016
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O advento da electrónica: enorme impacto na imagiologia médica (IM)
Mesmo a electrónica analógica dos anos 50~60 teve enorme impacto na imagem médica
Os intensificadores de imagem convertem raios-X em luz e revolucionaram a imagiologia
radiográfica durante algumas décadas.
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Computadores: o segundo grande impacto na imagiologia médica
Exemplo simples: angiografia digital de subtracção (digital subtraction angiography – DSA), 70s
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Computadores: o segundo grande impacto na imagiologia médica
Tomografia computorizada (computed tomography – CT), Hounsfield & Cormack (early 70s)
raios-X
Transformada
de Radon
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Imagem computada
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Tomografia computorizada
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Ressonância magnética
Magnetic resonance imaging (MRI), Mansfield, Lauterbur, Mallard, Bottomley,… (70s ~ 80s)
Simplified model:
x
Fx
x
y = MFx + n
Fourier
transform
mask
M
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Ressonância magnética
Aspecto crucial: fornece informação, não só anatómica, mas também fisiológica
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Tomografia de emissão de positrões
Positron emission tomography (PET), 1980s ~ late 1990s (Townsend, Nutt, …)
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Tomografia de emissão de positrões
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Ressonância magnética funcional
fMRI mede a actividade cerebral (indirectamente via fluxo sanguíneo) com
base em sequências de imagens de ressonância magnética (1990s)
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Imagens (de tensores) de difusão por RM
Método baseado em RM que produz imagens in vivo do processo de difusão local
de água no cérebro, correlacionada com as conexões entre as regiões do cérebro.
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“Connectomics”
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Importância científica das imagens: prémios Nobel
Física:
2011: Perlmutter, Schmidt, and Riess, "for the discovery of the accelerating
expansion of the Universe through observations of distant supernovae“
2009: Boyle and Smith, "for the invention of the CCD sensor“
1986: Ruska, "for the design of the first electron microscope“
Binnig and Rohrer: "for the scanning tunnelling microscope"
1981: Bloembergen and Schawlow, "for the development of laser spectroscopy“
Siegbahn: "for high-resolution electron spectroscopy“
1974: Ryle and Hewish, "for the aperture synthesis technique”
1971: Gabor, "for the invention and development of the holographic method“
1953: Zernike, "for the invention of the phase contrast microscope“
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Importância científica das imagens: prémios Nobel
Química e Fisiologia & Medicina
2014: Betzig, Hell, and Moerner, "for super-resolved fluorescence microscopy"
2003: Lauterbur and Mansfield, "for their discoveries concerning
magnetic resonance imaging"
2002: Wüthrich, “for 3D magnetic resonance imaging of biological
macromolecules”
2001: Ernst, "for high resolution nuclear magnetic resonance spectroscopy"
1999: Zewail, “for his studies using femtosecond spectroscopy"
1979: Cormack and Hounsfield, "for the development of computer tomography"
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Mercado de equipamento: ~ 25 000 000 000 USD$ (2012)
…só em oncologia:
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Imagiologia e problemas inversos
Observação: toda a imagiologia envolve um problema inverso (inverse problem)
Elementos:
a (hipotética) “verdadeira imagem”:
os dados observados:
o modelo de observação que os relaciona:
Objectivo: “conhecendo”
e
, obter/computar/estimar
Imagem computada
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As raízes científicas e tecnológicas da imagiologia
Física: óptica clássica, física do estado sólido, física nuclear,
electromagnetismo,…
Engenharia Electrotécnica: electrónica, processamento de sinais e imagens,
teoria da comunicação e informação, …
Ciência e Engenharia de Computadores: aprendizagem automática, data
mining, visão computacional, bases de
dados, computação de alto desempenho,
arquitecturas computacionais,…
Matemática: optimização, algebra linear, análise funcional, equações integrais
e problemas inversos, probabilidades e estatística, análise
harmónica, geometria diferencial, …
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Organização científicas e tecnológicas da imagiologia
[Dawan, 2011]
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Diagnóstico/Análise Assistido/Automático
Imagem computada
Diagnóstico/análise
assistido/automático
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Diagnóstico/Análise Assistido/Automático
[Afonso et al, 2014]
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Diagnóstico Assistido/Automático
Imagem computada
Pergunta provocatória:
precisamos mesmo das imagens?
?
Diagnóstico
automático
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The Star Treck
medical tricorder
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Ficção científica?
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IBM Watson
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