Visualizador de Veias - Inf

Visualizador de Veias de Baixo Custo
Augusto Luengo Pereira Nunes
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Instituto de Informática – Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS)
Caixa Postal 15.064 – 91.501-970 – Porto Alegre – RS – Brazil
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Resumo. Distribuições espectrais de comprimentos de onda infravermelhos
próximas da faixa de luz visı́vel possuem a caracterı́stica de penetrar na epiderme humana, provocando reflexões de estruturas orgânicas normalmente não
percebidas pelo sistema visual humano. Utilizando sensores compatı́veis, é
possı́vel obter imagens de tais estruturas. Essa é a base do funcionamento
dos visualizadores de veias. Este trabalho visa implementar um visualizador
de veias de baixo custo através do uso de sensores de câmeras convencionais e
fontes de luz emissores de infravermelho de fácil acesso.
1. Introdução
O uso de espectros de luz não visı́veis para visualização de estruturas orgânicas na área
médica popularizou-se juntamente com a disseminação das imagens de raio-X introduzidas por Röntgen [Robb et al. 1974]. Entretanto, procedimentos envolvendo comprimentos de onda de alta frequência envolvem cuidados especiais com a exposição de indivı́duos
à radiação. Alternativamente, sistemas baseados em microscópios confocais utilizam faixas visı́veis ou próximas do ultravioleta durante grandes tempos de exposição (aproximadamente 2 segundos). Ambas abordagens permitem visualização de estruturas em
qualquer profundidade estrutural e corpórea. Para estruturas de baixa profundidade com
relação à epiderme humana, como veias, Zeman et al. [2] introduziram o uso de comprimentos de onda infravermelho próximos da faixa perceptı́vel pelo sistema visual humano
para registrar imagens de tais componentes em tempo real, como mostra a Figura 1.
A faixa de comprimentos de onda entre 850nm e 900nm concentra a porção de infravermelho que é refletida pelos lipı́deos subcutâneos e absorvida pela água, cujo efeito
imediato é o aspecto escuro ao longo das veias com profundidade aproximada de 0,06mm.
Wang et al. [Wang et al. 2013] aplicaram o uso de diferentes conjuntos de comprimentos
de onda dentre a porção visı́vel de luz e infravermelho para obter estruturas complementares às veias e também parte da epiderme, como mostra a Figura 2. Ferramentas baseadas
em tais conceitos têm sido largamente utilizadas em tratamentos vasculares.
2. Materiais e Métodos
Os sensores de câmeras digitais convencionais são capazes de registrar comprimentos de onda infravermelhos até aproximadamente 1000nm. Entretanto, a anatomia das
câmeras envolve um bloqueador de infravermelho, para não contaminar as primárias
que formam imagens digitais (R, G e B). Usualmente, a retirada manual de tal componente permite o registro monocromático de imagens em infravermelho. Entretanto,
miniaturização dos componentes digitais limita alterações em algumas classes de dispositivos (como smartphones). Neste trabalho, uma webcam MIDI JAPAN MD 1309 de 2MP
Figura 1. Protótipo de visulizador de veias baseado em iluminação infravermelha
e projeção da imagem capturada sobre a região correspondente do braço do
indivı́duo [Zeman et al. 2004].
foi alterada para registrar imagens em infravermelho. Como fonte de luz, foi utilizada
uma lâmpada halógena com pico de distribuição espectral entre 650nm e 950nm.Com o
auxı́lio de um notebook e um algoritmo para equalização de histograma provido pelo
OpenCV [OpenCV 2012] para melhoria do contraste das imagens em tempo real, é
possı́vel gerar vı́deos como os ilustrados pela Figura3.
2.1. Dispositivos móveis
A implementação de tal técnica em dispositivos móveis envolve a possibilidade de
remoção do bloqueador infravermelho de suas câmeras, além da aplicação de algoritmos
de processamento de imagem para melhoria do contraste das imagens. Durante o desenvolvimento deste trabalho, foram testados dois modelos de smartphone com sistema operacional Android[Inc. 2012]. Como ilustra a Figura4, a miniaturização dos componentes
da câmera digital acoplada aos dispositivos torna trabalhosa a remoção do bloqueador de
infravermelho. Nos experimentos realizados, as câmeras foram inutilizadas pela tentativa
de efetuar tal procedimento.
Numa segunda abordagem, a instalação de uma webcam modificada num
smartphone foi explorada. Neste caso, o sistema Android não disponibiliza em sua API
tal opção naturalmente, sendo necessário o desenvolvimento de um driver especı́fico para
conexão UVC (USB Video Control), o que tornou impraticável tal procedimento.
3. Conclusão
O presente trabalho apresentou a implementação de um visualizador de veiais de baixo
custo baseado no registro de imagens sob iluminação infravermelha através de câmeras
digitais convencionais. Através dos resultados apresentados é possı́vel comprovar a
visualização de veias de forma simples e barata. O relatório apresenta também tentativas de replicar a metodologia em dispositivos móveis, sem sucesso, devido a dificuldades
Figura 2. a-Imagem natural do braço de uma pessoa. b-Imagem monocromática gerada com iluminação branca em comprimentos de onda visı́veis.
c-Visualização com iluminação de 650nm. d-Imagem gerada com fonte de luz de
850nm. e-Mistura dos resultados de 650nm e 850nm [Wang et al. 2013].
em manipular a anatomia das câmeras de smartphones. Os experimentos realizados mostram que a melhor abordagem para implementação em dispositivos móveis é a instalação
de webcams USB convencionais, cujo o desenvolvimento da conexão com o sistema Android configura um trabalho futuro.
Referências
[Inc. 2012] Inc., G. (2012). Sistema operacional android. http://www.android.
com/.
[OpenCV 2012] OpenCV (2012). Open source computer vision. http://opencv.
org/.
[Robb et al. 1974] Robb, R. A., Greenleaf, J. F., Ritman, E. L., Johnson, S. A., Sjostrand,
J. D., Herman, G. T., and Wood, E. H. (1974). Three-dimensional visualization of
the intact thorax and contents: A technique for cross-sectional reconstruction from
multiplanar x-ray views. Computers and Biomedical Research, 7(4):395 – 419.
Figura 3. Visualização de veias através do registro de imagem sob iluminação
infravermelha, com aplicação de mapa de cor verde para melhorar a percepeção
visual das estruturas orgânicas.
Figura 4. Componentes de um Samsung Captivate (a) e de um Samsung Galaxy
Trend Lite (b).
[Wang et al. 2013] Wang, F., Behrooz, A., Morris, M., and Adibi, A. (2013). High-contrast
subcutaneous vein detection and localization using multispectral imaging. Journal of
biomedical optics, 18(5):50504.
[Zeman et al. 2004] Zeman, H. D., Lovhoiden, G., and Vrancken, C. (2004). Prototype vein
contrast enhancer. pages 21–30.