Análise de Software

Tendo em conta a importância já referida do pré-processamento é essencial fazer um levantamento das principais ferramentas informáticas disponibilizadas à comunidade científica para realizar este processo de forma a ser possível optar por aquelas que mais se adequam ao propósito do presente trabalho. Será dado destaque a software que seja referenciado em publicações científicas e cuja credibilidade de robustez esteja por estas comprovada. Além disso procura-se software que seja versátil, permitindo moldar o processamento das imagens conforme seja necessário, eficiente em termos computacionais, que possa ser utilizado nos principais sistemas operativos, que não seja necessária a compra de licenças e que sejam passíveis de poderem ser integrados com outras ferramentas existentes.

4.1.1 FSL-FMRIB’s Software Library

O FSL (FMRIB’s Software Library) (http://fsl.fmrib.ox.ac.uk/fsl/fslwiki/), desenvolvido pelo centro Functional MRI of the Brain de Oxford, é um conjunto de ferramentas de processamento de imagem disponíveis de forma livre que resultam das metodologias desenvolvidas pela equipa para a análise de imagens de ressonância magnética estrutural e funcional (Smith, et al., 2004).

Utilizado em mais de mil laboratórios por todo o mundo, o FSL é uma das ferramentas mais utilizadas e referenciadas em artigos científicos. É constituído por vários pacotes relacionados com diferentes aspectos do processamento de imagens MRI, com destaque para o FEAT que implementa uma ferramenta completa para análise de fMRI, o BET que permite isolar o cérebro de outros tecidos, o FAST capaz de segmentar diferentes tipos de tecido cerebral e o FLIRT capaz de alinhar imagens com base nas suas intensidades.

Foi desenvolvido em C++ em conjunto com scripts de shell. Esta combinação é bastante eficiente em termos de velocidade, portabilidade e modularidade. Praticamente todas as funções podem ser utilizadas tanto a partir de uma interface gráfica como executadas a partir da linha de comandos, estando o software disponível para Mac OS e Linux (M., F., Behrens, W., & Smith, 2012).

4.1.2 AFNI-Analysis of Functional NeuroImage

AFNI (Analysis of Functional NeuroImage) (http://afni.nimh.nih.gov/) é um dos pacotes de software mais antigos e mais utilizados na análise de imagens funcionais (Cox, 2012). O seu desenvolvimento começou em 1994 no Medical College of Wisconsin (MCW) com o principal objectivo de fornecer ferramentas que permitissem aos investigadores do MCW trabalhar com imagens 3D. Transformar as imagens para o espaço Talairach e permitindo visualizar e navegar pelas imagens de forma prática. Desde então o software cresceu para incluir ferramentas para vários tipos de processamento de imagens funcionais e estruturais, análises estatísticas e estudos de grupo.

Grande parte das suas funcionalidades e plug-ins podem ser acedidos através da sua interface gráfica que fornece também alguns fluxos padrão para certos tipos de pré-processamento. Todas as funcionalidades presentes na interface gráfica e ainda outras podem também ser utilizadas através da linha de comandos ou por scripts criados pelo utilizador que permitem um controlo mais extenso de todas as operações efectuadas.

De referir também a existência e disponibilidade de centenas de funções e scripts desenvolvidos pelos autores e pela comunidade com uma grande variedade de objectivos. Entre esses destaca-se o afni_proc, que implementa muitos dos passos necessários ao pré- processamento, juntando de forma mais fácil para o utilizador funcionalidade de alguns dos plug-ins mais importantes, tal como oferecendo no seu manual algumas sugestões de execução do script perante diferentes objectivos.

Escrito principalmente em C, corre em sistemas operativos Mac OS, Linux, Solaris e SGI, estando o código fonte livre para acesso. É um software livre não necessitando de qualquer licença para ser utilizado.

4.1.3 SPM-Stastical Parametric Mapping

O SPM (Stastical Parametric Mapping) (http://www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/) é também um dos grandes pacotes de software utilizados no processamento de neuroimagem. Desenvolvido no Wellcome Trust Centre for Neuroimaging, apresenta-se como um conjunto de ferramentas para processamento de imagens funcionais em Matlab (Penny, Friston, Ashburner, Kiebel, & Nichols, 2006).

Possui funções dedicadas ao pré-processamento das imagens capazes de realizar operações de realinhamento, co-registo, normalização, correção dos tempos de aquisição, suavização e segmentação. Permite também realizar análise utilizando o GLM e obter diferentes estatísticas. A popularidade do SPM traduz-se também na diversidade de pacotes para MATLAB que utilizam as suas funções.

A versão 8 e atual do SPM pode ser obtida de forma livre sem qualquer licença necessária. Contudo, como é uma ferramenta para Matlab, a sua utilização está condicionada pela obtenção de uma licença para este. Está disponível para Windows, Mac e Linux.

4.1.4 REST e DPARSF

REST (Resting-State fMRI Data Analysis Toolkit) (http://www.restfmri.net/forum/index.php) é uma toolbox desenvolvida em Matlab para a análise de estudos fMRI em repouso. É capaz de realizar vários tipos de análise, entre as quais análise de conectividade funcional. É dependente de outras toolboxes ou programas como SPM e AFNI para realizar o pré- processamento (Xiao-Wei, et al., 2011).

Desenvolvido pelo mesmo laboratório, DPARSF (Data Processing Assistant for Resting-State fMRI) (http://www.restfmri.net/forum/DPARSF), é capaz de realizar desde as mais usuais tarefas de pré-processamento como suavização ou normalização, até funções mais avançadas como calcular a conectividade funcional a nível do vóxel (Chao-Gan & Yu-Feng, 2010).

Utiliza tanto funções do SPM como da toolbox REST, e apresenta-se com uma interface amigável e fácil de utilizar, com o fluxo de processamento da informação já pré-definido

tornando de forma geral o trabalho do utilizador mais fácil. Está disponível de forma completamente livre para MATLAB necessitando que haja uma instalação prévia do SPM e do REST.

4.1.5 CONN: functional connectivity toolbox

CONN (http://www.nitrc.org/projects/conn/) é uma toolbox desenvolvida sobre SPM para Matlab para a análise de conectividade cerebral em fMRI (Whitfield-Gabrieli & Nieto-Castanon, 2012). Implementa um fluxo completo de processamento das imagens funcionais, desde os passos de pré-processamento espacial e temporal. Destaca-se na estratégia para a remoção de sinais não desejados e ruídos CompCor e a implementação da remoção de covariáveis temporais e de movimento.

Realiza a análise de conectividade a dois níveis. No primeiro são extraídas as séries temporais e calculados valores de correlação/anti-correlação, correlação semi-parcial ou correlação bivariada/multivariada. Estes podem ser calculados de 3 formas, entre todos os pares de vóxeis, entre uma ROI específica e todos os vóxeis, e entre conjuntos de ROIs definidas pelo utilizador. O segundo nível de análise está preparado para realizar estudos de grupo e calcular métricas associadas, incluindo resultados de análise de teoria de grafos.

Encontra-se disponível para Matlab de forma completamente livre, possuindo uma interface que implementa um fluxo de processamento. Permite também ao utilizador definir os seus próprios fluxos através de uma funcionalidade batch.

4.1.6 FreeSurfer

FreeSurfer é um conjunto de ferramentas desenvolvidas para a análise de imagem de ressonância magnética estrutural e funcional, no Martinos Center for Biomedical Imaging (Fischl, FreeSurfer, 2012). É especialmente conhecido pelas suas ferramentas de segmentação e reconstrução de superfícies, sendo bastante utilizado para segmentar cérebros por um conjunto de diferentes atlas e com diferentes fluxos para segmentação cortical e subcortical. Assim, é uma ferramenta praticamente indispensável em qualquer estudo que pretenda avaliar a influência de diferentes formas de segmentação do cérebro. Possui várias ferramentas dedicadas ao pré-processamento das imagens, nomeadamente para o registo para o espaço Talairach, extração do crânio e normalização de intensidades. Possui também ferramentas para visualização a 2 e 3 dimensões.

O FreeSurfer foi desenvolvido em linguagem C, corre essencialmente a partir de comandos de shell, possuindo algumas interfaces gráficas. Está disponível para os sistemas operativos Linux e Mac-Os, de forma completamente livre.

4.1.7 Braincat

Braincat (http://biim.di.uminho.pt/index.php/cat) é uma ferramenta desenvolvida na Universidade do Minho para o processamento automatizado de imagens de fMRI/DTI e análises combinando as duas modalidades. Atualmente possui três módulos: um dedicado ao pré-processamento das imagens funcionais, estruturais e DTI, um dedicado à análise ICA e por fim um último dedicado à reconstrução de tractografias. Permite por fim juntar os resultados das duas análises tornando-a numa verdadeira análise multimodal (Soares, Marques, Alves, & Sousa, 2013).

Construído em grande parte sobre funções do FSL e desenvolvido em objective-C, possui um fluxo de processamento pré-definido que facilita todo o processamento para o utilizador, possuindo definições padrões para os diferentes passos de processamento, que podem naturalmente ser alterados pelo utilizador. Encontra-se atualmente disponível para Mac OS.