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Resumo

Os sistemas de auxílio ao diagnóstico (CAD - Computer-Aided Diagnosis) são sistemas destinados a fornecer uma segunda opinião ao profissional de saúde a respeito da eventual existência de uma anomalia. Em geral, esses sistemas têm imagens médicas como dados de entrada e saída. A avaliação desses sistemas ainda constitui uma lacuna na literatura. O presente projeto visa a contribuir com a minimização dessa lacuna, definindo uma forma de avaliar tais sistemas usando conceitos de Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (CBIR - Content-Based Image Retrieval). Para alcançar os objetivos propostos foram executadas as seguintes etapas: revisão bibliográfica; estudo de conceitos e tecnologias; seleção de casos de teste; implementação de extratores de características; definição de metodologia de avaliação; condução de estudos de caso; elaboração de relatório parcial, publicação de artigos e elaboração de relatório final. Os resultados foram obtidos executando-se estudos de caso nos quais um sistema real de segmentação de mamas e três sistemas simulados de detecção de regiões suspeitas em imagens mamográficas foram avaliados.

Abstract

Computer-Aided Diagnosis (CAD) systems are systems aiming at providing a second opinion to the health professional about the possible existence of an anomaly. In general, these systems have medical images as input and output data. The evaluation of CAD systems is still a gap in the literature. This project aims at contributing to minimizing this gap by defining a way to evaluate such systems using concepts of Content-Based Image Retrieval (CBIR). The following steps were performed to achieve the proposed objectives: literature review, study of concepts and technologies, selection of test cases, implementation of feature extractors, definition of an evaluation methodology, case studies execution, partial report writing, publication of papers and final report writing. The results were obtained by performing case studies in which a real system for breast segmentation and three simulated systems for detection of suspicious regions in mammographic images were evaluated.

Resumo Estendido

Contexto. Umas das maiores dificuldades encontradas durante o desenvolvimento de esquemas de diagnóstico auxiliado por computador (CAD - Computer-Aided Diagnosis) diz respeito à avaliação. Metodologias de avaliação objetivas para tal modalidade de sistemas ainda constituem uma lacuna na literatura. Uma abordagem baseada no conceito de Recuperação de Imagens Baseada em Conteúdo (CBIR - Content-Based Image Retrieval), denominada de oráculo gráfico, tem sido explorada para o teste de programas com saídas gráficas. Neste trabalho os oráculos gráficos são aplicados na avaliação de sistemas de CAD e seus módulos.

Objetivo. Definir e implementar uma forma objetiva de avaliar sistemas de CAD utilizando conceitos de CBIR, tendo o framework O-FIm (Oracle for Images), uma ferramenta de apoio à definição de oráculos gráficos, como base tecnológica para a especificação de uma metodologia de avaliação.

Materiais e métodos. Conceitos envolvidos nas diversas áreas relacionadas foram estudados. O estado da arte com relação à avaliação de sistemas de CAD foi verificado por meio de uma Revisão Sistemática. Componentes necessários para a definição de oráculos gráficos (funções de similaridade e extratores de características de imagens) foram implementados utilizando-se a linguagem de programação Java e o framework O-FIm. Uma metodologia de avaliação para sistemas e CAD e seus componentes foi especificada. Adicionalmente, foi proposta e testada uma metodologia para avaliar a qualidade de resultados de segmentação de imagens. Dois estudos de caso foram planejados e conduzidos e seus resultados foram analisados e discutidos.

Resultados. Os resultados dos estudos de caso evidenciaram que a metodologia especificada é coerente com técnicas de avaliação empregadas tradicionalmente na área. Além disso, a abordagem proposta se mostrou robusta e mais flexível que aquelas mais citadas na literatura.

Conclusões. O trabalho contribui com a especificação de uma metodologia objetiva de avaliação para esquemas de CAD e sistemas de segmentação de imagens. Os resultados obtidos são relevantes e demonstram uma abordagem inovadora, com grande potencial para aplicação.

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