2º Capítulo

2. Equipamentos
Neste capítulo pretende-se fornecer uma breve introdução aos módulos
existentes nos equipamentos a que recorremos para o estudo do corpo humano. Embora,
obviamente se esteja particularmente interessado nos dispositivos de imagem, chama-se
a atenção para o facto de a informação contida neste capítulo ser muito mais abrangente
e poder ser aplicada a qualquer equipamento e/ou sistema.
2.1 Sistemas de medida e de controlo
É possível reduzir qualquer sistema de medida a um pequeno conjunto de
operações que poderão ser mais ou menos complexas. Desta forma, sempre que se
pretender aceder à medida de uma grandeza, quer directamente através dos nossos
sentidos, quer utilizando equipamentos adequados, podemos distinguir cinco passos (ver
Figura 1): No primeiro, com o recurso a um sensor apropriado, transforma-se a
grandeza a que se pretende aceder num sinal analisável (tipicamente um sinal eléctrico).
No segundo passo, esse sinal é amplificado, uma vez que, em particular nos fenómenos
biológicos, a ordem de grandeza do sinal medido é, em geral, tão baixa que se torna
difícil de processar. Em seguida, ou se observa directamente o sinal ou se processa o
sinal e posteriormente se o observa. Por fim, o sinal poderá ser guardado de modo a
poder ser novamente analisado ou posteriores processamentos.
Medição do
parâmetro a
observar
Amplificação
Visualização
Armazenamento
Processamento
do sinal
Figura 1 - Esquema dos blocos existentes num sistema de medição.
Para ilustrar a aplicação deste esquema a duas situações considere-se: 1) a
percepção de uma imagem através dos nossos olhos e 2) a medição dos ultra-sons
emitidos pelos morcegos.
No primeiro caso os fotões de luz que formam a imagem que os nossos olhos
vêm são registados pelos sensores (cones e bastonetes) existentes na retina,
especializados em transformar luz em sinais eléctricos. Esses sinais são transferidos e
processados pelos neurónios, formando-se uma imagem que é reconhecida pelo cérebro
e que é o resultado da actividade de determinados neurónios. Por fim, essa imagem
poderá ser colocada na memória através de mecanismos ainda não totalmente
conhecidos.
No caso de estarmos interessados no registo dos ultra-sons emitidos pelos
morcegos, é necessário utilizar um sensor adequado, que nesse caso, poderá ser um
cristal piezo-eléctrico que transforma os ultra-sons em sinais eléctricos. Estes sinais são
amplificados e podem ser visualizados num osciloscópio. Geralmente, antes de serem
observados, estes sinais sofrem um processo de filtragem (processamento) com o
objectivo de os libertar de ruído (frequências indesejadas). Finalmente, o sinal poderá
ser gravado no disco rígido de um computador, num CD ou qualquer outro suporte.
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Associados aos sistemas de medida estão, muitas vezes, mecanismos de
controlo. Neste caso os circuitos apresentam uma maior complexidade, uma vez que
existe um parâmetro que é controlado com base no valor medido11. Na Figura 2
encontra-se um esquema geral dos sistemas de controlo: Existe um parâmetro que é
monitorizado e um valor de referência que pode ou não ser também ele medido. Ambos
são transmitidos a um dispositivo de comparação que actua sobre o parâmetro que se
pretende controlar através de diferentes acções.
Retome-se o primeiro exemplo. Como se sabe, o sistema nervoso tem
capacidade para avaliar a quantidade de luz que está a chegar à retina e decidir qual a
abertura adequada da pupila. Neste exemplo a referência é um patamar previamente
estabelecido e o parâmetro controlado é diferente daquele que é medido.
Imagine-se uma outra situação em que se pretende manter uma sala a uma dada
temperatura que depende da humidade relativa da mesma. Neste caso, é medida a
temperatura da sala (que coincide com o parâmetro a controlar) e simultaneamente a sua
humidade relativa, estabelece-se a referência desejada e decide-se se os dispositivos de
aquecimento ou arrefecimento devem ou não ser ligados.
Valor de
referência
Factor do qual
o parâmetro a
medir depende
Alteração de
um outro
parâmetro
Medição do
parâmetro
Comparação
Alteração do
parâmetro a
medir
Figura 2 - Esquema dos blocos existentes num sistema de controlo.
2.2 O uso de computadores nos equipamentos de imagem médica
Mesmo qualquer leigo no assunto compreende que o advento do computador
veio revolucionar os equipamentos habitualmente utilizados pelo homem e, no caso, que
importa aqui estudar, os equipamentos médicos e os aplicados à imagem, em particular.
Num primeiro momento, parece importante salvaguardar o seguinte: em determinadas
situações, o computador pode não trazer vantagens, por exemplo, ao nível da resolução
da imagem, o que não significa que não possa ser mais prático, mais simples de
manusear, possuir, enfim, outras vantagens que os equipamentos analógicos não
possuem. No entanto, é importante realçar que, em situações específicas poderá ser um
erro admitir à priori que a imagem digital é necessariamente melhor do que a analógica.
11
O parâmetro a controlar tanto pode ser aquele que é directamente medido, como outro que lhe esteja
associado.
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Seja como for, e tendo em conta que, actualmente, a maioria dos equipamentos
hospitalares tendem a ser construídos numa base digital, cumpre referir alguns aspectos
relacionados com este assunto.
Quando as imagens médicas (e em particular as que utilizavam raios-X) eram
impressas em película fotográfica a resolução da imagem12, por exemplo, era
determinada pelo grão característico do filme. Actualmente, o que determina essa
resolução são as características do conversor analógico-digital (CAD) utilizado, cujos
níveis de amplitude determinam o número de tons de cinzento ou o número de cores que
é possível discernir (não contando, obviamente, em qualquer dos casos, com as
limitações inerentes à capacidade visual humana de distinguir tons ou cores próximas,
com a resolução do monitor onde as imagens são observadas e com os limites
associados aos princípios físicos da imagem).
Uma outra característica dos equipamentos digitais é a sua taxa de aquisição.
Para além de uma quantização em amplitude (imposta pelo CAD), o sinal é também
quantizado em tempo, de modo que uma imagem não é mais do que uma série de sinais
correspondentes a cada um dos pontos, ou conjunto de pontos, sendo que quanto menor
for o tempo de recolha, mais rápida será a aquisição. Esta taxa de aquisição está, uma
vez mais, relacionada tanto com o princípio subjacente à imagem, como com a rapidez
com que o equipamento electrónico consegue recolher e guardar informação.
Repare-se que, tendo em conta o que foi escrito, a resolução do sinal, para além
das limitações técnicas, deve ser escolhida atendendo a um compromisso entre esta, o
tempo de aquisição e a memória ocupada pelos dados. De facto, algumas imagens
requerem resoluções muito elevadas, mas outras, onde os objectivos não sejam tão
exigentes, podem ser recolhidas com uma pior resolução de modo a poupar tempo e
recursos computacionais (tanto de memória, como de pós-processamento).
Na verdade, uma das grandes vantagens das imagens digitais (para além do seu
mais fácil, cómodo e ecológico armazenamento) é permitirem que esta seja manipulada
após a sua aquisição. Atente-se no facto de, com o recurso a imagens digitais, é
possível, mesmo depois do paciente já ter abandonado as instalações hospitalares,
exercer sobre a imagem as mais diversas operações, como sejam: a aplicação de filtros
que permitem melhorar o contraste, a reformulação da resolução (podendo, obviamente,
apenas piorá-la…), quantificação do sinal, escolha de regiões de interesse para estudos
mais aprofundados, cálculo do volume de estruturas ou massas, no caso de imagens
tri-dimensionais, e muitas outras operações que o engenho e as necessidades poderão
sugerir.
Além disso, repare-se ainda que, mesmo a escolha dos parâmetros que
caracterizam determinada imagem, é feita, na maior parte das circunstâncias, ao nível da
logística13, sendo cada vez mais inusual recorrer a peças mecânicas para proceder a essa
escolha.
12
O conceito de resolução de imagem será formalizado mais tarde no decorrer deste texto, mas neste
momento basta que se entenda que está relacionada com a capacidade de distinguir dois objectos (tecidos
ou órgãos) próximos um do outro.
13
A logística é a parte a que usualmente se chama software.
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