Ferramenta de Importação de Tomografia Computadorizada no OrtogOnBlender XP
Atenção
Este material utiliza a seguinte licença Creative Commons: Atribuição 4.0 Internacional (CC-BY 4.0).
Atenção
Caso encontre algum erro no texto, sinta-se à vontade para informá-lo aos autores, o contato pode ser feito via redes sociais acadêmicas informadas no início do capítulo.
Introdução
O presente capítulo apresenta a nova ferramenta de reconstrução de tomografia computadorizada, que está sendo desenvolvida para o OrtogOnBlender XP (OOB_XP), uma versão baseada no Blender 4.2 LTS, inicialmente para o Linux Ubuntu 24.04 LTS e posteriormente para o Windows e o MacOS.
Depois do trabalho inicial de programação, onde muito do código anterior (baseado no Blender 2.91 e no Ubuntu 20.04) [D_Moraes_et_al_2020] foi reaproveitado e melhorado, um extensivo teste foi efetuado em um conjunto de 404 tomografias, resultando em uma alta taxa sucesso que variou de ~97% a 100%, denotando uma robustez funcional que remonta 8 anos de desenvolvimento.
Como Funciona
Fig. 48 Seletor do diretório.
A ferramenta de reconstrução de tomografia computadorizada se encontra na seção intitulada “CT-Scan”, que quando expandida apresenta inicialmente o seletor de diretório, onde o usuário indicará a localização dos arquivos DICOM a serem trabalhados (Fig. 48).
Fig. 49 Seleção do diretório.
É necessário entrar no diretório onde estão os arquivos DICOM, não há necessidade de entrar nos subdiretórios, mas ao menos na raiz onde se encontram os arquivos, de modo a reduzir o tempo de organização e a chance de algum erro. Ao clicar no botão “Accept”, a interface ficará congelada, pois o processo de organização da estrutura do(s) exames(s) será iniciada (Fig. 49).
Fig. 50 Seleção do exame.
A primeira expansão da interface presenta o menu dropdown “Exams” com a listagem dos exames organizados pelo OOB_XP, a serem abordados na sequência. Também aparecem os campos correspondentes aos fatores de reconstrução dos ossos (Bones), tecido mole (Soft Tissue) e dentes (Teeth) (Fig. 50).
Fig. 51 Seleção do exame.
Ao clicar sobre o menu dropdown “Exam”, o mesmo se expande (Fig. 51) e apresenta os exames disponíveis com as informações de: Número de fatias na tomografias - Nome do paciente - Data do exame - Descrição do exame.
Fig. 52 Dados completos para a reconstrução.
Assim que o exame é selecionado, é esperado que os fatores (Bones, Soft Tissue e Teeth) sejam preenchidos automaticamente. Algumas opções complementares aparecerão logo abaixo e serão abordadas na sequência, no entanto, a tomografia já pode ser reconstruída, bastando que o usuário clique no botão “DICOM to 3D” (Fig. 52).
Fig. 53 Saída no terminal.
O processo de reconstrução das três malhas, que é paralelo, pode ser acompanhado no terminal (Fig. 53).
Fig. 54 Malhas da tomografia reconstruídas.
Assim que o processo for finalizado, as malhas são apresentadas na tela da 3D View (Fig. 54).
Fig. 55 Redutor de volume.
Caso a tomografia apresente um volume muito grande de dados, como um bloco de 1000x1000x1000px, há a possibilidade de reduzir tal volume através do “Decrease Volume”, indicando o fator de redução. No exemplo, onde aparece o valor de 0.5 (Fig. 55), a redução será pela metade em cada eixo, resultando em um volume de 500x500x500px, logo, um oitavo ou 12,5% do volume anterior, pois 1.000 x 1.000 x 1.000 = 1.000.000.000 e 500 x 500 x 500 = 125.000.000.
Fig. 56 Biblioteca ativa.
Há a possibilidade da biblioteca ativa, que é usada na conversão do DICOM em malha, apresentar problemas, caso isso aconteça o usuário pode optar por outras formas de correção no seletor “Converter”. Atualmente as duas opções são SimpleITK e Slicer (Fig. 56).
Detalhes Técnicos e Testes
A ferramenta de reconstrução de tomografias computadorizadas do OOB_XP vem sendo desenvolvida ao longo de 7 anos, baseada majoritariamente na experiência do usuário e as necessidades destes, tanto na questão relacionada à robustez quanto à facilidade de uso. A atual versão, como abordado na seção anterior, conta com uma interface mais enxuta e objetiva, oferecendo um passo-a-passo mais intuitivo e assertivo para o usuário, o que representa uma grande evolução em relação à versão anterior do OOB_XP [D_Moraes_et_al_2021] [D_Moraes_et_al_2021b].
Fig. 57 Esquema gráfico da ferramenta.
No entanto, a ferramenta tem em seu interior um sistema inteligente, que além de ajustar a interface, também faz uma série de configurações em segundo plano, corrigindo eventuais problemas que possam ocorrer devido a incompatibilidade do exame DICOM em relação às bibliotecas do sistema, planificando os dados a partir de bibliotecas acessíveis ao OOB_XP, mas também informando automaticamente os fatores relacionados aos tomógrafos utilizados (Fig. 57).
O setup automático a partir do modelo do tomógrafo e informações contidas nos exames DICOM, foram levantadas ao longo dos anos por solicitações advindas dos usuários do OOB, distribuídos por 31 países, de quatro continentes diferentes e atuantes em importantes hospitais e clínicas. Esse banco permite abranger um número muito grande de máquinas, restando poucas sem a configuração automática disponível. Buscando entender a amplitude dessas informações, um teste foi efetuado para testar a robustez da nova ferramentas de reconstrução de tomografias computadorizadas.
Tal teste consistiu na reconstrução de 404 tomografias sob os cuidados dos desenvolvedores/autores, sendo parte considerável delas um conjunto que no passado apresentou problemas no processo de reconstrução. O banco de dados é maior do que o número informado, mas para testar a efetividade da ferramenta foram escolhidas as tomografias que apresentaram problemas no passado e o segundo critério de escolha foi que pertencessem a especialistas diferentes, para que a amostra fosse a mais heterogênea possível.
Fig. 58 Gráfico - reconstrução de tomografias.
Os resultados foram surpreendentes, em parte pelo acúmulo de conhecimento adquirido ao longo dos anos e utilizado para resolver os problemas de incompatibilidade e em parte pela efetividade complementada nas novas ferramentas. Inicialmente foram rodadas 404 tentativas de reconstrução utilizando apenas a opção “SimpleITK”, que foi bem sucedida em 391 vezes (96,78%), apresentando apenas 13 problemas (3,22% do total), que envolveram erro de biblioteca e reconstruções com problemas estruturais. Uma nova rodada de reconstruções foi efetuada nas 13 tomografias que apresentaram problemas, desta feita utilizando a opção “Slicer” e o número de erros foi reduzido para apenas 4 (0,99% do total). Das 4 tomografias que sobraram, o problema de incompatibilidade foi resolvido, abrindo a tomografia no Slicer com interface gráfica e reexportando o exame como arquivos DICOM. Ao rodar as tomografias exportadas o número de erros foi reduzido para 0 (Fig. 58).
Fig. 59 Tomografias computadorizadas - resultados.
Resumindo os resultados, quando utilizada apenas a opção “SimpleITK”, a taxa de sucesso foi de ~97%, com o uso da opção “Slicer” a taxa de sucesso sobiu para 99% e com o uso conjunto do programa Slicer, a taxa de sucesso chegou ao impressionante número de 100% (Fig. 59).
Conclusão
Em face à inutitividade da ferramenta, bem como a sua robustez no amplo teste envolvendo 404 tomografias, a mesma está suficientemente desenvolvida para o uso no Linux e pronta para ser portada para o Windows e o MacOS.
Agradecimentos
Ao Dr. Richard Gravalos, por ceder a tomografia computadorizada utilizada neste estudo. Um agradecimento especial a todos aqueles que enviaram tomografias computadorizadas, formando um grupo de arquivos importantíssimo para testar o uso do sistema em situações práticas.
Referências Bibliográficas
Moraes, C., da Rosa, E., & Dornelles, R. (2020). Ortogonblender - O Que É e aspectos técnicos. Retrieved from https://www.ciceromoraes.com.br/doc/pt_br/OrtogOnBlender/OrtogOnBlender_Como_Funciona.html
Moraes, C., Dornelles, R., & Rosa, E. D. (2021). Sistema de Reconstrução de Tomografia Computadorizada Baseado no Slicer 3D e no DicomToMesh. figshare. https://doi.org/10.6084/M9.FIGSHARE.13513890. https://ortogonline.com/doc/pt_br/OrtogOnLineMag/2/Slicer.html
Moraes, C., Dakir, I., Dornelles, R., & Da Rosa, E. (2021). Reconstrução de Tomografias com o VTK Python, o SimpleITK e o Multiprocessing. figshare. https://doi.org/10.6084/M9.FIGSHARE.14370902. https://ortogonline.com/doc/pt_br/OrtogOnLineMag/3/VTK_ITK_multi.html