Descri¸c˜ao do Contexto da Aplica¸c˜ao - Processamento em tempo-real de sinais doppler de fluxo

A parte fundamental do sistema de processamento de sinais de fluxo sangu´ıneo obtidos por equipamentos de ultra-som Doppler pulsado é realizado pela implementa¸cão, em tempo-real, de um método de estima¸cão espectral seleccionado. Essa implementa¸cão, para ser eficaz, deve ser feita numa arquitectura adequada ao algoritmo do estimador seleccionado e que tenha capacidade computacional para cumprir os requisitos de tempo-real.

Considerando um sistema completo, para além da estima¸cão do espectro, é necessário: incluir indicadores cl´ınicos para a análise do fluxo sangu´ıneo; contemplar a aquisi¸cão de dados para a arquitectura de processamento escolhida e prever as necessidades de apresenta¸cão gráfica de resultados.

Embora este estudo deva considerar primordialmente o processamento de sinais de fluxo sangu´ıneo da artéria carótida primitiva, o mesmo sistema poderá contemplar outros sinais de fluxo sangu´ıneo se for desenhado de forma modular e aberta ou, talvez, os métodos de processamento de sinal aplicados possam ser adaptados ou substitu´ıdos para estima¸cão de outros sinais biomédicos.

A análise preliminar do sistema a desenvolver revelou distintas utiliza¸cões do sistema de processamento de sinais biomédicos, ainda que restringindo a sua aplica¸cão a sinais Doppler de ultra-som pulsado da artéria carótida primitiva.

3.2.1 Caracteriza¸c˜ao de Fluxo Sangu´ıneo

O método convencional de processamento de sinais de fluxo sangu´ıneo baseado na transformada de Fourier é utilizado na instrumenta¸cão ecográfica de ultra- som Doppler pulsado. Vários estudos indiciam que outros métodos permitem melhorar a qualidade de determina¸cão dos parâmetros cl´ınicos sobre os quais se baseia o diagnóstico. Ora esse diagnóstico é conseguido através de um exame cujo desenrolar depende fortemente dos indicadores que vão sendo recolhidos. Assim,

para que esses outros métodos possam ser usados é necessário que a produ¸cão dos indicadores seja feita em tempo-real.

Ecógrafo Visualização Espectrograma Aquisição de dados Estimação espectral Dados formatados

Dados não formatados

Figura 3.1: Sistema de caracteriza¸c˜ao de fluxo sangu´ıneo

A Figura 3.1 representa as componentes fundamentais do sistema de caracteriza¸cão de fluxo sangu´ıneo baseado em sinais de ultra-som Doppler. O tipo de sinal a utilizar depende do ecógrafo. Caso seja poss´ıvel, dever-se-ão utilizar dados raw, isto é, dados não tratados, representativos do desvio em frequência – Doppler shift – impresso ao sinal pelo movimento do sangue. A aquisi¸cão de dados visa reconstituir o sinal temporal do desvio em frequência caso os dados disponibiliza- dos tenham sido sujeitos a tratamento prévio ou a uma açcão de formata¸cão. O processo de estima¸cão espectral produz, a partir do sinal temporal, espectros de potências Doppler. Dependendo do método de estima¸cão utilizado, em fase ante- rior à apresenta¸cão do espectrograma, poderá ser necessário, ou não, proceder ao cálculo do espectro médio de um número variável de espectros (Guo, Durand & Lee, 1994a). A visualiza¸cão dos espectrogramas é acompanhada da apresenta¸cão de alguns indicadores como a frequência média e a largura de banda do espectro.

3.2.2 Valida¸c˜ao e Ensaio Cl´ınico

A valida¸cão de um método de determina¸cão dos parâmetros cl´ınicos sobre os quais se baseia o diagnóstico é necessariamente uma tarefa que exige competência cl´ınica porque não é poss´ıvel comparar os resultados numéricos e certificar a qualidade das medidas obtidas.

Outro factor cr´ıtico do sucesso da adop¸cão de um novo método de determina¸cão de parâmetros cl´ınicos reside na eventual necessidade de considerar al- tera¸cões nos valores limites que definem condi¸cões anómalas ou patológicas. É necessário permitir o ensaio do sistema, pela compara¸cão de resultados obtidos com os dois métodos.

Um sistema computacional de processamento de sinais biomédicos para permitir diminuir o intervalo de tempo de implementa¸cão do resultado de investiga¸cões na área e a utiliza¸cão cl´ınica desses resultados deve:

• fomentar a confian¸ca cl´ınica pelo envolvimento de médicos na investiga¸cão de métodos de processamento de sinais biomédicos e pela utiliza¸cão paralela dos métodos em causa;

• explorar a conveniência de utiliza¸cão, associada ao tempo e procedimentos necessários à produ¸cão de resultados.

A Figura 3.2 ilustra como o sistema de processamento de sinais poderá ser utilizado em ensaios cl´ınicos, sendo o S o método standard baseado na transformada de Fourier e o E o método em estudo. O processamento do sinal temporal

S E x(t) X (f) X (f) 1 2

Figura 3.2: Representa¸c˜ao do sistema para ensaios cl´ınicos.

x(t) em paralelo por ambos os métodos permite a obten¸cão de espectros apre- sentados separadamente ou em conjunto, fornecendo a base para a valida¸cão dos métodos e o ensaio do sistema em ambiente cl´ınico ou hospitalar, numa fase posterior ao exame do paciente. Desta forma, visa-se contribuir para a mudan¸ca do procedimento usado durante o exame conducente ao diagnóstico.

3.2.3 Apoio `a Investiga¸c˜ao e Desenvolvimento

A metodologia de estudo de alternativas ao processamento de sinais faz-se normalmente usando, numa fase inicial, sistemas de simula¸c˜ao. No caso de sinais de fluxo

sangu´ıneo esses simuladores podem ser modelos f´ısicos ou métodos numéricos. Em qualquer dos casos pretende-se uma avalia¸cão quantitativa de acuidade dos métodos de processamento, avalia¸cão essa determinante da escolha do método a empregar. Os métodos numéricos, de menor custo e pass´ıveis de implementa¸cão computacional, são vulgarmente preferidos. No caso presente a escolha é moti- vada pelo facto de a investiga¸cão de métodos numéricos de simula¸cão e estima¸cão espectral de sinais de fluxo sangu´ıneo ser uma das áreas de trabalho desenvolvidas no laboratório onde este trabalho foi executado.

A Figura 3.3 ilustra um sistema para estudo da implementa¸cão de métodos de estima¸cão de sinais de fluxo sangu´ıneo, centrado no sistema de processamento.

simulado

Sinal _{Estimador em estudo}

# Qualidade

Simulação Avaliação

Ruído branco Sinal determinístico

Figura 3.3: Representa¸cão do sistema para estudo da implementa¸cão de métodos de processamento de sinais biomédicos.

O núcleo de investiga¸cão em processamento de sinal do laboratório onde este trabalho foi desenvolvido recorre a vários métodos para a cria¸cão de sinais simulados. O método numérico de simula¸cão mais utilizado, e que se pretende integrar com o sistema de processamento de sinais biomédicos, modela um sinal de ru´ıdo branco, através de filtros constru´ıdos com base no sinal determin´ıstico, dando origem a sinais simulados. É com base nas caracter´ısticas determin´ısticas destes sinais simulados que se procede à compara¸cão de diferentes métodos de estima¸cão. Cumpre saber qual dos métodos melhor identifica ou reconstitui as caracter´ısticas dos sinais teóricos, tarefa desempenhada na avalia¸cão. Normalmente apoiada no critério Custo/Benef´ıcio, a determina¸cão da qualidade da estima¸cão é fun¸cão in- versa do erro produzido.

empregues poderia também contribuir para fortalecer a confian¸ca cl´ınica por faci- litar a interven¸cão do médicos na investiga¸cão desenvolvida e integrar também o sistema de suporte a estudos cl´ınicos. O estudo da aplicabilidade de um método é normalmente um processo longo e iterativo, sendo frequentemente necessária a afina¸cão de parâmetros, que pode ser significativamente encurtado por um sistema de avalia¸cão automática.

Alguns estudos cl´ınicos visam a determina¸cão de causalidade ou interde- pendência de sintomatologia. O sistema de simula¸cão e avalia¸cão poderia ser gradualmente suprido com as ferramentas necessárias a alguns estudos. Como exemplo cite-se a correla¸cão entre sinais ou indicadores ou a determina¸cão au- tomática de curvas teóricas para a simula¸cão de diferentes casos cl´ınicos de dis- tintos sinais biomédicos.

Assim, para apoiar a investiga¸cão e desenvolvimento em processamento de sinal, pretende-se, numa primeira fase, integrar o sistema de simula¸cão e avalia¸cão, podendo, numa fase posterior, ser inclu´ıdo no sistema final.

No documento Processamento em tempo-real de sinais doppler de fluxo sanguíneo (páginas 78-82)