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CENTRO ESTADUAL DE EDUCAÇÃO PAULA SOUZA
FACULDADE DE TECNOLOGIA DE SÃO BERNARDO DO CAMPO
“ADIB MOISÉS DIB”
VINÍCIUS DANTAS DOS SANTOS
APLICAÇÕES PARA DISPOSITIVOS MÓVEIS:
Um Protótipo de um Aplicativo de Auxílio ao Diagnóstico Médico
Utilizando Imagens Digitais em 3D
São Bernardo do Campo – SP
Junho/2012
VINÍCIUS DANTAS DOS SANTOS
APLICAÇÕES PARA DISPOSITIVOS MÓVEIS:
Um Protótipo de um Aplicativo de Auxílio ao Diagnóstico Médico
Utilizando Imagens Digitais em 3D
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza, Faculdade de Tecnologia de São Bernardo do Campo “Adib Moisés Dib” como requisito parcial à obtenção do título de tecnólogo em Informática para a Gestão de Negócios. Orientador: Professora Me Samáris Ramiro Pereira
São Bernardo do Campo – SP Junho/2012
VINÍCIUS DANTAS DOS SANTOS
APLICAÇÕES PARA DISPOSITIVOS MÓVEIS:
Um Protótipo de um Aplicativo de Auxílio ao Diagnóstico Médico Utilizando Imagens Digitais em 3D
Trabalho de conclusão de curso apresentado ao Centro Estadual de Educação Tecnológica Paula Souza, Faculdade de Tecnologia de São Bernardo do Campo “Adib Moisés Dib” como requisito parcial à obtenção do título de tecnólogo em Informática para a Gestão de Negócios.
Monografia defendida e aprovada em 06/06/2012
Banca Examinadora: ____________________________________________________ Prof.ª Me. Samáris Ramiro Pereira, FATEC SBC – Orientadora. _____________________________________________________ Prof.ª Me. Simone Faccio, FATEC SBC – Avaliador. _____________________________________________________ Prof. Dr. Roberto Correia de Melo, FATEC SBC - Avaliador.
Dedico a todos aqueles que acreditam que só a EDUCAÇÃO, pode transformar um país.
Agradeço aos meus pais, que sempre me apoiaram e acreditaram em mim. A FATEC SBC “ADIB MOISÉS DIB”, por me proporcionar um ensino de qualidade, em um ambiente de respeito e constante aprendizado e evolução. Aos meus mestres e colegas, por tudo que fizeram junto comigo e por mim, me inspirando nos momentos difíceis e compartilhando minhas vitórias. A minha orientadora, Profa. Me Samáris Ramiro Pereira, por seus ensinamentos, conselhos, atenção e principalmente, por sua paciência, que proporcionaram o desenvolvimento dessa monografia. A Deus, por tudo.
“O único lugar onde o sucesso vem antes do trabalho é no dicionário”.
Albert Einstein.
RESUMO
Esta monografia apresenta o projeto de um software de auxílio ao diagnóstico de
câncer através de imagens em 3D transmitidas pela web capaz de rodar em
dispositivos móveis, demonstrando a importância do uso da informática na saúde.
Tal sistema vem de encontro aos esforços de ampliar o desenvolvimento de
softwares voltados ao auxílio de diagnósticos, principalmente de tumores
cancerígenos e outras moléstias que dependam de um diagnóstico seguro e
preciso, em um curto espaço de tempo. Com base em uma extensa pesquisa
bibliográfica pretendeu-se propor um modelo de desenvolvimento para aplicativos
que rodem em dispositivos móveis, um sistema de visualização de imagens
médicas, que atue remotamente, de forma que o usuário possa acessá-lo de um
dispositivo móvel qualquer. Ela também estará integrado ao PEP (Prontuário
Eletrônico do Paciente) e será fundamentado nos princípios do RES (Registro
Eletrônico de Saúde), o que garantirá a segurança e a confiabilidade das
informações. O principal diferencial do modelo é a função que permite calcular as
dimensões do nódulo cancerígeno, através do algoritmo de Marching Cubes.
Palavras chave: imagem 3D, dispositivos móveis, software de auxílio ao
diagnóstico, informática na saúde, diagnóstico de tumores cancerígenos.
ABSTRACT
This monograph presents the design of software for the diagnosis of cancer through
3D images transmitted per web able to run on mobile devices, demonstrating the
importance of using information technology in health. This system comes against
efforts to expand the development of software aimed to aid diagnosis, particularly of
cancerous tumors and other diseases that depend on a safe and accurate diagnosis
in a short time. Based on an extensive literature search was intended to propose a
model for developing applications that run on mobile devices, a system for
visualization of medical images, acting remotely, so that the user can access it from
any mobile device. She will also be integrated into the EPR (Patient’s Electronic
Health Record) and will be based on the principles of the EHR Electronic Health
Record), which ensure the safety and reliability of information. The main
distinguishing feature of the model is to calculate the dimensions of the cancerous
lump through the Marching Cubes algorithm.
.
Keywords: 3D imaging, mobile devices, software for the diagnosis, health
informatics, diagnosis of cancerous tumors.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1.1 – PDA (Personal Digital Assistant).........................................................26
Figura 1.2 - Modelos de smartphones.....................................................................26
Figura 1.3 - Modelos de tablets PC.........................................................................28
Figura 1.4 - iPhone 4S.............................................................................................30
Figura 1.5 - Smartphone com Android....................................................................31
Figura 1.6 - Smartphone com Windows Mobile.......................................................31
Figura 1.7 - Smartphones com Symbian OS...........................................................32
Figura 2.1 - Equipamento de ressonância magnética.............................................36
Figura 2.2 - Obtenção de uma imagem do cérebro através de RMN......................36
Figura 2.3 - Dipolo Magnético Nuclear Fictício........................................................38
Figura 2.4 - Spins na ausência e na presença de um campo magnético................39
Figura 2.5 - Alinhamento paralelo e antiparalelo dos prótons de hidrogênio..........40
Figura 2.6 - Direita: spins alinhados paralelamente e antiparalelamente ao campo
magnético externo e vetor resultante.......................................................................41
Figura 2.7 - Coordenadas tridimensionais x, y e z..................................................41
Figura 2.8 - Vetor magnetização M perpendicular à magnetização M devido ao
campo B longitudinal................................................................................................42
Figura 2.9 - Contraste em DP..................................................................................43
Figura 2.10 - Amplitude do sinal induzido diminuindo com o tempo.......................44
Figura 2.11 - À medida que perdemos a componente transversal da magnetização,
retomamos a magnetização longitudinal devido ao campo B0.................................................45
Figura 2.12 - Repres. gráfica do tempo de recuperação e de relaxamento............45
Figura 2.13 - Sinal ponderado em T1......................................................................46
Figura 2.14 - Imagem RM ponderada de T2...........................................................47
Figura 2.15 - Contraste em diferentes tecidos........................................................49
Figura 2.16 - Imagens de tomografia computadorizada reproduzindo secções do
corpo humano em diferentes planos do espaço......................................................54
Figura 2.17 - Aparelho de tomografia computadorizada tradicional........................55
Figura 2.18 - Representação gráfica do interior do gantry......................................55
Figura 2.19 - O princípio da construção da imagem em TC tradicional..................56
Figura 2.20 - Representação esquemática das unidades que compõem a imagem
da tomografia computadorizada tradicional.............................................................57
Figura 2.21 - Artefatos produzidos na imagem de TC tradicional por restaurações
metálicas..................................................................................................................59
Figura 2.22 - Linhas luminosas de referência para a padronização da posição da
cabeça do paciente..................................................................................................60
Figura 2.23 - escanograma ou scout.......................................................................61
Figura 2.24 - Cortes axiais originais........................................................................61
Figura 2.25 - Reconstrução multiplanar..................................................................62
Figura 2.26 - Aparelho de tomografia computadorizada de feixe cônico................63
Figura 2.27 - Comparação gráfica do tomógrafo tradicional...................................64
Figura 2.28 - Reconstrução tridimensional (3D) em tomografia computadorizada de
feixe cônico..............................................................................................................65
Figura 2.29 - Tomografia por emissão de pósitrons (PET)....................................68
Figura 2.30 - Esquema de detecção por coincidência (pares de fótons) em
sistemas dedicados de tomografia de emissão de pósitrons (PET)........................68
Figura 2.31 - Esquema do processo do exame PET..............................................71
Figura 2.32 - Representação Gráfica do Padrão DICOM........................................74
Figura 2.33 - Arquitetura Cliente / Servidor no DICOM...........................................77
Figura 2.34 - MER utilizado no DICOM...................................................................78
Figura 2.35 - Par Objeto/Serviço – SOP.................................................................80
Figura 2.36 - Estrutura Geral do Modelo de Informação DICOM............................81
Figura 2.37 - Modelo de Informação DICOM..........................................................85
Figura 2.38 - Comp. de PACS em ambiente Cooperativo Cliente/Servidor............88
Figura 4.1 - Teste de Estrutura..............................................................................97
Figura 4.2 - Teste de Integração...........................................................................99
Figura 4.3 - Etapas do desenvolvimento de um projeto......................................100
Figura 4.4 - Representação do gráfico de cena..................................................116
Figura 4.5 - Representação de triângulos...........................................................117
Figura 5.1 - Visão Geral do Sistema...................................................................120
Figura 5.2 - Diagrama de Casos de Uso: Módulos.............................................121
Figura 5.3 - Diagrama de Casos de Uso: Dados Demográficos.........................121
Figura 5.4 - Diagrama de Casos de Uso: Histórico Médico................................122
Figura 5.5 - Diagrama de Casos de Uso: Visualizar Imagens.............................123
Figura 5.6 - Diagrama de Casos de Uso: Acessar Banco de Dados..................123
Figura 5.7 - Diagrama de Casos de Uso: Acessar Banco de Dados..................124
Figura 5.8 - Diagrama de Classe.........................................................................125
Figura 5.9 - Especificação Genérica do Protótipo...............................................127
Figura 5.10 - Nokia Mobile Internet Toolkit…………………………………………128
Figura 5.11 - Tela inicial: antes do login................................................................129
Figura 5.12 - Tela de Login...................................................................................130
Figura 5.13 - Tela inicial: após o login...................................................................131
Figura 5.14 - Cadastro de Pacientes.....................................................................132
Figura 5.15 - Cadastro de Diagnóstico..................................................................132
Figura 5.16 - Tela de visualização de imagens.....................................................133
Figura 5.17 - Interface do emulador J2ME............................................................136
Figura 5.18 - Fluxo da aplicação na Web..............................................................137
LISTA DE TABELAS
Tabela 2.1 - Tempos T1 e T2 para diferentes tecidos.............................................48
Tabela 2.2 - TR e TE para diferentes IRM...............................................................51
Tabela 2.3 - Quadro comparativo entre a TC tradicional e a TC de feixe cônico....53
Tabela 2.4 - Analogia entre construção de uma sentença e o DICOM...................79
Tabela 5.1 - Sub Processos do Protótipo..............................................................127
LISTAS DE ABREVIATURAS E SIGLAS
API - Application Programming Interface ou Interface de Programação de
Aplicativos.
ARM - Acorn RISC Machine ou Advanced RISC Machine.
BSD - Berkeley Software Distribution.
CEETPS - Centro Estadual de Educação Tecnológica "Paula Souza".
CSS - Cascading Style Sheets.
CVS - Concurrent Version System ou Sistema de Versões Concorrentes.
DHCP - Dynamic Host Configuration Protocol ou Protocolo de configuração de host
dinâmico.
DICOM - Digital Imaging and Communications in Medicine ou comunicação de
imagens digitais em medicina.
DIMSE - DICOM Message Service Element.
EJB - Enterprise JavaBeans.
FATEC - Faculdade de Tecnologia.
FATEC SBC - Faculdade de Tecnologia de São Bernardo do Campo “ADIB
MOISÉS DIB”.
GIF - Graphics Interchange Format ou formato para intercâmbio de gráficos.
GIS - Geographic Information System ou Sistema de Informação Geográfica.
HIS - Hospital Information Systems.
HTML - HyperText Markup Language ou Linguagem de Marcação de Hipertexto.
HTTP - Hypertext Transfer Protocol ou Protocolo de Transferência de Hipertexto.
HTTPS - HyperText Transfer Protocol Secure ou Protocolo de Transferência de
Hipertexto Seguro.
IDE - Integrated Development Environment ou Ambiente Integrado de
Desenvolvimento.
IOD - Information Object Definition ou Definição de um Objeto de Informação.
iOS - iPhone Operational System.
JDK - Java Development Kit .
JPEG - Joint Photographic Experts Group.
JSP - Java Server Pages.
JSTL - JavaServer Pages Standard Tag Library.
JVM - Java Virtual Machine ou Máquina Virtual Java.
LDAP - Lightweight Directory Access Protocol.
Mac OS X - Mac Operational System.
Me - Mestre.
MER - Modelo Entidade/Relacionamento.
MHz - Mega-hertz.
MIDs - Mobile Internet Devices ou Dispositivos Móveis para Internet.
MPL - Mozilla Public License.
OLAP - On-line Analytical Processing ou Processamento Analítico On-line.
PACS - Picture Archiving and Communication Systems.
PC - Personal Computer.
PEP - Prontuário Eletrônico do Paciente.
PET - Positron Emission Tomography ou Tomografia por Emissão de Pósitrons.
Prof.ª - Professora.
RES - Registro Eletrônico de Saúde.
RIM - Research in Motion.
S.O. - Sistema Operacional.
SCP - Service Class Provider.
SCU - Service Class User.
SDK – Software Development Kit ou Kit de Desenvolvimento de Software.
SGBD - Sistema Gerenciador de Banco de Dados.
SMIL - Synchronized Multimedia Integration Language.
SOAP - Simple Object Access Protocol ou Protocolo Simples de Acesso a Objetos.
SOP - Service Object Pair.
SPECT - Single Photon Emission Computed Tomography ou Tomografia
Computadorizada por Emissão de Fóton Único.
SPL - Sun Public License.
Symbian OS - Symbian Operational System.
TCP/IP - Transmission Control Protocol/Internet Protocol ou Protocolo de Controle
de Transmissão /Protocolo de Interconexão.
TIFF - Tagged Image File Format.
TSL - Transport Layer Security ou Segurança da Camada de Transporte.
UID - Unique Identification Number ou itens de identificadores únicos.
UML - Unified Modeling Language.
WADO - Web Access to DICOM Persistent Objects ou Acesso à Web para Objetos
DICOM Persistentes.
WAP - Wireless Application Protocol.
WDP - Wireless Datagram Protocol.
Wi-Fi - Wireless Fidelity.
WML - Wireless Markup Language.
WMLScript - Wireless Markup Language Script.
WSP - Wireless Session Protocol.
WTLS - Wireless Transport Layer Security.
WTP - Wireless Transaction Protocol.
XHTML - eXtensible Hypertext Markup Language.
SUMÁRIO
INTRODUÇÃO.....................................................................................................22
1 DISPOSITIVOS MÓVEIS.........................................................................25
1.1 PDAs..............................................................................................................26
1.2 Smartphones................................................................................................26
1.3 Tablet PC.......................................................................................................27
1.4 Principais Plataformas.................................................................................30
2 O USO DA IMAGEM NA MEDICINA...................................................34
2.1 Ressonância Magnética..............................................................................34
2.1.1 Ressonância Magnética Nuclear...................................................................35
2.1.2 Momento Magnético Orbital de Spin............................................................37
2.1.3 Tempo de Recuperação e Relaxamento......................................................44
2.1.4 Equação Geral do Contraste para IRM........................................................49
2.2 Tomografia Computadorizada..................................................................52
2.2.1 A Tomografia Computadorizada Tradicional................................................53
2.2.1.1 Componentes do aparelho e aquisição da imagem.....................................54
2.2.1.2 Tomografia computadorizada helicoidal ou espiral......................................56
2.2.1.3 Exame da região facial e processamento computadorizado das imagens..60
2.2.2 A Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (Cone Beam).................63
2.2.2.1 Aparelho e aquisição da imagem.................................................................63
2.2.3 Processamento computadorizado das imagens..........................................64
2.3 Tomografia por Emissão de Pósitrons.........................................................65
2.3.1 Aspectos Físicos da Tomografia por Emissão de Pósitrons........................67
2.3.2 O Equipamento............................................................................................70
2.3.3 Radionuclídeos.............................................................................................71
2.4 O Padrão DICOM........................................................................................72
2.4.1 Partes do Padrão.........................................................................................74
2.4.2 Correspondência Entre as Tecnologias Usadas na Definição do Padrão e o
Padrão......................................................................................................................77
2.4.3 A Estrutura Maior do Modelo de Informação DICOM...................................81
2.4.4 Modelo de Informação DICOM.....................................................................83
2.4.5 PACS - Sistema de Armazenamento e Comunicação de Imagens.............86
3 CÂNCER....................................................................................................90
3.1 Tratamento..................................................................................................95
4 METODOLOGIAS DE DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS
MÓVEIS.................................................................................................................96
4.1 eXtreme Programming................................................................................96
4.2 Metodologias de Teste................................................................................97
4.2.1 Teste de caixa branca...................................................................................97
4.2.2 Teste de caixa preta......................................................................................98
4.2.3 Teste de verificação......................................................................................98
4.2.4 Teste de unidade...........................................................................................98
4.2.5 Teste de integração.......................................................................................98
4.2.6 Teste de sistemas.........................................................................................99
4.2.7 Teste de aceitação........................................................................................99
4.3 Metodologias do Desenvolvimento do Aplicativo...................................99
4.4 O Desenvolvimento do Aplicativo...........................................................101
4.4.1 Requisitos Principais do Protótipo..............................................................101
4.4.2 Especificação do Protótipo.........................................................................101
4.4.3 Implementação do Protótipo......................................................................102
4.4.4 Principais Funções do Protótipo.................................................................102
4.4.5 Operacionalidade do Protótipo....................................................................102
4.4.6 Teste e Validação........................................................................................102
4.5 Tecnologias Utilizadas no Desenvolvimento de Aplicativos Móveis...102
4.5.1 Arquitetura Cliente/Servidor........................................................................103
4.5.2 Cloud Computing (Computação em Nuvens)..............................................104
4.5.3 MySQL……………………………………………………………………………106
4.5.4 Nokia Mobile Internet Toolkit (NMIT)………………………………………….107
4.5.5 Tomcat……………………………………………………………………………107
4.5.6 NetBeans…................................................................................................108
4.5.6.1 Sun Java Wireless Toolkit for CLDC..........................................................110
4.5.7 WAP...........................................................................................................110
4.5.8 Plataforma Java.........................................................................................111
4.6 Linguagens de Programação para Aplicativos Móveis........................112
4.6.1 JSP e Servlets.............................................................................................112
4.6.2 WML e WMLScript.....................................................................................113
4.6.3 Java............................................................................................................114
4.6.3.1 Java 3D......................................................................................................115
4.6.3.2 Java ME.....................................................................................................117
5 O DESENVOLVIMENTO DO APLICATIVO ..................................119
5.1 Visão Geral do Sistema............................................................................119
5.1.1 Diagramas de Casos de Uso.....................................................................120
5.1.2 Diagrama de Classes.................................................................................124
5.2 Arquitetura de Funcionamento do Sistema do Protótipo.....................125
5.3 Principais Requisitos do Protótipo.........................................................126
5.4 Especificações do Protótipo....................................................................126
5.5 Implementação do Protótipo....................................................................128
5.5.1 Ferramentas Utilizadas na Implementação.................................................128
5.5.2 Operacionalidade do Protótipo....................................................................129
5.5.3 Criação das Classes do Protótipo...............................................................133
5.5.4 Detalhes da Implementação........................................................................136
CONSIDERAÇÕES FINAIS...........................................................................139
REFERÊNCIAS.................................................................................................141
Referências Webgráficas.....................................................................................143
22
INTRODUÇÃO
Nos dias atuais, a medicina, em suas mais diversas vertentes tem se
desenvolvido exponencialmente, em diversas áreas. Uma das áreas quem tem tido
um desenvolvimento mais notável, foi à medicina do diagnóstico, que investe cada
vez mais recursos em pesquisas, de forma a tornar os diagnósticos cada vez mais
eficientes, precisos e em um espaço de tempo cada vez menor.
Atualmente, as imagens provenientes dos exames de tomografia
computadorizada e ressonância magnética são manipuladas pela maioria dos
médicos somente através da sua impressão em filme fotográfico. Isto limita
bastante a análise e diagnóstico dos casos, uma vez que os médicos estão
restritos àquelas imagens que foram impressas, sem que possam visualizar o
exame de outros ângulos ou realizar medidas quantitativas sobre as estruturas
presentes nas imagens.
Profissionais da área médica fazem uso dos softwares de reconstrução 3D e
análise quantitativa presentes nas estações acopladas aos tomógrafos e
ressonadores. No entanto, a grande dificuldade advém do fato de não se poder
manipular estes exames em outro ambiente que não aquele das estações
acopladas. É fundamental que os exames possam ser transportados e
disponibilizados para manipulação e análise em outras estações, de maior
mobilidade, que possam ser distribuídas em diferentes pontos dos hospitais e
consultórios médicos e até em outras localidades.
No cenário atual, altamente dinâmico, a comunicação presencial vem sendo
substituída pela virtual, tanto pela praticidade quanto pela redução de custos na
maioria dos casos. Assim, pesquisa e desenvolvimento nesse ramo tornam-se
práticas bastante relevantes.
A partir destas considerações, visa-se responder a seguinte pergunta: Como
aplicar a reconstrução de imagens em 3D de exames médicos, de forma rápida e
com um bom grau de mobilidade, para uma analise mais eficiente?
23
Partiu-se da hipótese que é possível a reconstrução dessas imagens em 3D
em dispositivos móveis, permitindo se assim, além de uma maior mobilidade, a
possibilidade de transmiti-las a outros dispositivos rapidamente.
Este trabalho apresenta o projeto de um software que dá suporte ao
diagnóstico de imagens em 3D de exames médicos, transmitidas via web capaz de
rodar em dispositivos móveis.
O principal objetivo a ser abordado é a possibilidade de se utilizar esse
sistema via web, o que permitiria ao médico analisar os dados em qualquer lugar,
disponibilizando assim um sistema prático e eficiente de diagnósticos, através de
um sistema móvel que permita ao médico visualizar os exames com considerável
grau de precisão, em um equipamento de baixo custo, com software e hardware
acessíveis e intuitivos.
A pesquisa também tem como objetivo mostrar, as possibilidades que a
miniaturização de estações de exames médicos por imagens podem ter, em um
futuro próximo.
A metodologia utilizada para o desenvolvimento desse trabalho é a pesquisa
bibliográfica, que é constituída principalmente de livros, artigos de periódicos e
atualmente de materiais disponibilizados na internet, em páginas idôneas
(LAKATOS e MARCONI,1988).
Esse trabalho está organizado em 5 capítulos:
No capitulo 1, são abordados o que são dispositivos móveis, quais suas
características, principais plataformas entre outras.
No capítulo 2 são analisados o processamento (o que é, como é feito), a
analise(o que é, como é feita, quando é feita ) o armazenamento (o que é, como é
feito) e a segurança da imagem, além disso, serão discutidas as formas que essas
imagens são coletadas, processadas e armazenadas, assim como as principais
características de software e hardware necessárias para desenvolver o aplicativo.
Também, faz-se uma introdução aos diversos tipos de exames por imagens, suas
características, sua importância para o diagnóstico de certas doenças, e os
problemas ocasionados pela pouca mobilidade das estações de trabalho,
24
apresentando seus principais conceitos, que se constituem a base para o
desenvolvimento pleno do trabalho.
No capítulo 3, abordaremos o que é o câncer e suas características.
No capítulo 4, serão abordados os principais conceitos da linguagem de
programação para dispositivos móveis e suas aplicações. Além disso, serão
abordadas as metodologias de desenvolvimento de aplicativos para dispositivos
móveis e a suas aplicações nesse projeto. E também a apresentação das
ferramentas que facilitarão o estudo, e o desenvolvimento do objetivo principal, a
criação do aplicativo, e se dará o detalhamento do desenvolvimento do mesmo,
aplicando os conceitos anteriormente expostos. .
No capítulo 5, serão expostas as aplicações práticas dos diversos conceitos
apresentados no decorrer da monografia, no desenvolvimento do protótipo.
Seguem a elas, por fim, as considerações finais e as referências.
25
1 DISPOSITIVOS MÓVEIS
Os dispositivos móveis podem ser pagers, telefones celulares, webphones,
pagers bidirecionais, PDAs (Personal Digital Assistants ou assistentes digitais
pessoais), Tablets PC e outros aparelhos usados para se acessar a Internet. Essa
lista vem crescendo, à medida que mais dispositivos novos são introduzidos a cada
dia. Os dispositivos móveis permitem a comunicação com outras pessoas e a
obtenção de informações em qualquer lugar, a qualquer hora. Apesar de laptops e
notebooks se enquadrarem neste perfil, estes não terão foco deste trabalho.
Com os grandes avanços tecnológicos dos últimos tempos, ficar conectado o
tempo todo passou a ser uma realidade presente no dia a dia das pessoas e o
desenvolvimento da computação móvel tem proporcionado o surgimento de novas
tecnologias e aplicações (SOUZA FILHO, 2009).
Devido às esses mesmos avanços, hoje se pode dizer que os principais
dispositivos móveis em uso, são:
PDAs (Personal Digital Assistants ou Assistentes Pessoais Digitais)
Smartphones
Tablet PC
1.1 PDA (Personal Digital Assistants ou Assistentes Pessoais Digitais)
PDAs (Personal Digital Assistants ou Assistentes Pessoais Digitais)
são computadores de dimensões reduzidas (figura 1.1), dotado de grande
capacidade computacional, cumprindo as funções de agenda e sistema eletrônico
de escritório básico, com possibilidade de conexão com outros computadores, via
Wi-Fi e em alguns casos, via Bluetooth. Os PDAs possuíam grande quantidade
de memória e diversos softwares para várias áreas de interesse.
26
Figura 1.1 - PDAs (Personal Digital Assistants)
Fonte: Fórum PC 2004, s/p
Os modelos mais sofisticados possuíam diversos equipamentos como teclado
QWERT, câmera digital, tela colorida, rede sem fio embutida entre outros.
Os PDAs durante um bom tempo foram onipresentes nas empresas, devido a
suas funcionalidades, muito além de uma agenda eletrônica, no entanto, com o
aumento de recursos dos smartphones e a recente ascensão da nova geração de
Tablets PC, eles foram relegados a usos mais simples, inclusive devido à
descontinuidade de desenvolvimento de seus S.O. e seus respectivos aplicativos.
(SOUZA FILHO, 2009).
1.2 Smartphones
Os smartphones ou telefones inteligentes (figura 1.2) são celulares com
características específicas de hardware e software, funcionalidades avançadas,
que podem ser estendidas por meio de programas executados por seu sistema
operacional e/ou acessórios internos e externos. Os S.O. dos smartphones
permitem que qualquer pessoa desenvolva aplicativos para esses equipamentos.
(SOUZA FILHO, 2009).
Figura 1.2 - Modelos de smartphones
Fonte: IDW Now 2009, s/p.
27
Os primeiros smartphones vieram na esteira da popularização da telefonia
celular mundo afora, tentando atingir o público corporativo, o suprassumo do
mercado de consumo, até então fortemente dominado pelas agendas eletrônicas e
pelos mais variados modelos de PDAs. No entanto, eles perdiam para os PDAs na
questão do desempenho, pois muitos dos seus aplicativos eram apenas versões
reduzidas (e mal adaptadas) dos aplicativos desktop (MORIMOTO, 2009).
Um dos primeiros aparelhos a ser bem sucedido nesse meio foi o Black Berry,
da RIM (Research in Motion), que não só desbancou os PDAs, como também
dominou o mercado por muito tempo (MORIMOTO, 2009).
Mas a popularização dos smartphones se deu mesmo com o lançamento em
2007, do IPHONE, pela Apple Inc. (MORIMOTO, 2009).
Esse aparelho aliava as diversas funcionalidades de um smartphone, a uma
usabilidade e desempenho só visto em desktops. Suas versões seguintes só
ressaltaram mais essas características, fazendo com que outras empresas
fabricantes de celulares lançassem modelos equivalentes (MORIMOTO, 2009).
Nesse cenário, a Google, em conjunto com diversas fabricantes de celular,
lançou a plataforma Android, que fez frente à Apple nesse mercado (MORIMOTO,
2009).
Outras plataformas que também concorrem com a Apple são o Symbian OS
(Nokia) e o Windows Mobile/Phone (Microsoft) (MORIMOTO, 2009).
1.3 Tablet PC
Um tablet, também conhecido como tablet PC (figura 1.3), é um dispositivo
pessoal em formato de prancheta que pode ser usado para acesso à Internet,
organização pessoal, visualização de fotos, vídeos, leitura de livros, jornais e
revistas e para entretenimento com jogos. Apresenta uma tela touchscreen (tela
sensível ao toque) que é o dispositivo de entrada principal. A ponta dos dedos ou
uma caneta aciona suas funcionalidades. É um novo conceito: não deve ser
igualado a um computador completo ou um smartphone, embora possua diversas
funcionalidades dos dois.
28
Figura 1.3 - Modelos de Tablet PC (Samsung Galaxy Tab, IPAD (1ª geração) e Motorola Xoom).
Fonte: UOL Tecnologia 2011, s/p
A ideia de um dispositivo com funções de um desktop é mais antiga do que se
imagina. As telas sensíveis ao toque (ou ao menos algum tipo de tela sensível ao
toque) existem há décadas, e foram usadas para diversas aplicações. Os primeiros
dispositivos digitais no estilo tablet PC surgiram no meio da década de 50, mas não
estamos falando de computadores, e sim de dispositivos que não eram exatamente
produzidos em massa (SAMPAIO, 2010).
No final dos anos 60, o cientista da computação Alan Kay1, criou o conceito do
Dynabook, um "computador pessoal para crianças de todas as idades"
(PESSANHA, 2011).
Em 1979 a Apple entra no mercado de tablet apresentando seu Graphics Tablet
para Apple II, o dispositivo permitia os usuários desenhar no tablet com uma caneta
stylus com fio e transferir esses traços digitalizados para o seu computador. Mas
devido ao seu alto custo e pouca utilidade, esse equipamento não fez nenhum
sucesso, caindo no esquecimento. Em 1983, uma nova tentativa, com o Bashful,
um equipamento portátil, mas que precisava ser conectado a uma base com
teclado e leitor de disquete e usava uma caneta stylus para interagir com o tablet.
Mas a ideia também não agradou muito e não foi dessa vez que a Apple criou um
dispositivo revolucionário, mas ela ainda teria um trunfo, anos depois (SAMPAIO,
2010).
1 Alan Curtis Kay (17/05/1940) é um cientista da computação estadunidense.
É conhecido por ter sido um dos inventores da linguagem de programação Smalltalk, e um dos pais do conceito de programação orientada a objetos, que lhe valeu o Prêmio Turing em 2003. Concebeu o laptop e a arquitetura das modernas interfaces gráficas dos computadores (GUI).
29
Finalmente em 1989 a Grid Systems lança o Gridpad Pen Computer, que
tecnicamente foi o primeiro tablet (o avô do IPAD), pois seu formato se parecia com
os tablets atuais, mas pesava nada menos que 2 kg com um processador de 20
MHz, mesmo esse modelo sendo de alta tecnologia para época, ainda precisava de
uma caneta para interagir com o sistema (SAMPAIO, 2010).
A primeira tentativa real de popularizar os tablet PCs ocorreu em 2001, quando
a Microsoft revelou seu sistema operacional Windows XP Tablet PC Edition. Os
tablet PCs rodando Windows não conquistaram muito espaço, mas pelo menos
foram usados tanto por especialistas quanto pelos consumidores. No início de
2006, vários fabricantes de PCs apresentaram os então chamados MIDs (Mobile
Internet Devices ou dispositivos móveis para internet), que eram dispositivos
móveis para internet sem teclado, porém compatíveis com todos os aplicativos já
criados para o Windows. Esses dispositivos, vendidos por empresas como Assuste,
Samsung e Sony, eram considerados grandes, por causa do processador, que
consumia muita energia, e acabaram não pegando entre os consumidores
(SAMPAIO, 2010).
Como o Windows exigia processadores x86 nos PCs, era impossível fazer um
tablet realmente fino e elegante com bom desempenho; escolhas naturais para os
tablets incluíam a arquitetura ARM e um sistema operacional que não fosse da
Microsoft. Ciente disso, a Apple lançou o IPAD com um sistema operacional IOS
modificado no segundo trimestre de 2010. Mesmo sendo um tanto pesado, o IPAD
logo se tornou popular entre as pessoas que não precisavam de netbooks, e se
tornou o primeiro tablet PC da história a vender milhões (SAMPAIO, 2010).
Como os tablet PCs serão baseados em hardware bem variado, os dispositivos
vão ser bem diferentes uns dos outros. Os IPADS terão como seu principal ponto
forte, a usabilidade em hardware bem equilibrado; Os tablets com Android terão um
desempenho muito bom, graças às novas gerações de processadores para
dispositivos móveis, mas terão poucos aplicativos disponíveis. E correndo por fora,
estão os tablets com o novo Windows Phone 8 (PESSANHA, 2011).
30
1.4 Principais Plataformas
IOS (Apple) – O iPhone OS é o sistema operacional nativo das plataformas
IPHONE (figura 1.4) IPOD Touch e IPAD desenvolvido pela Apple Inc. O iPhone
roda uma versão reduzida do Mac OS X, portada para processadores ARM e
customizada para rodar dentro das limitações de memória e processamento dos
aparelhos. Naturalmente, existem muitas diferenças com relação à interface e no
suporte a aplicativos, mas o Kernel e outros componentes básicos do sistema são
os mesmos (COELHO et.al., 2009).
Figura 1.4 - 4 iPhone 4S. Fonte: UOL Tecnologia 2011, s/p.
O OS X é um sistema Unix, derivado do BSD, que segue a mesma estrutura
básica que temos no Linux, com um Kernel bastante leve e um grande conjunto de
drivers, bibliotecas e aplicativos rodando sobre ele. O sistema é facilmente
portável, de forma que apenas uma pequena parte do código precisa ser alterada
para rodar em outras plataformas (COELHO et al., 2009).
Android (Google) – Android é um sistema operacional (figura 1.5) que roda sobre
o núcleo Linux, embora por enquanto a sua versão do núcleo Linux divirja da
versão oficial. Foi inicialmente desenvolvido pelo Google e posteriormente
pela Open Handset Alliance, mas a Google é a responsável pela gerência do
produto e engenharia de processos (DAMIÃO, 2008).
31
Figura 1.5 - Smartphone com Android
Fonte: DOSBIT, 2010, s/p
O Android permite aos desenvolvedores escreverem software na linguagem de
programação Java controlando o dispositivo via bibliotecas desenvolvidas pela
Google. Ele se tornou a principal plataforma concorrente do IOS no mercado de
smartphones (DAMIÃO, 2008).
Windows Mobile/Phone – O Microsoft Windows Mobile/Phone (figura 1.6) é uma
plataforma de sistema operacional de 32 bits, multitarefa e multissegmentado. Tem
uma estrutura de arquitetura aberta que dá suporte a uma variedade de
dispositivos de comunicação, entretenimento e computação móvel (SOUZA FILHO,
2009).
Figura 1.6 - Smartphone com Windows Mobile
Fonte: PC WORLD 2008, s/p.
32
É uma plataforma inteiramente integrada, compacta, portátil e proporciona uma
interface intuitiva e de fácil aprendizado, incorporada de elementos familiares do
Windows para PCs.
Symbian OS (Nokia) - O Symbian (figura 1.7) é um consórcio de várias empresas,
fundado em 1998 e que está em plena operação até os dias de hoje. Outrora
formado pelas empresas Nokia, Siemens, Samsung, Ericsson, Sony Ericsson e
Panasonic, atualmente pertence à Nokia, que adquiriu a quase totalidade de suas
ações em dezembro de 2008 (SOUZA FILHO, 2009).
Figura 1.7 - Smartphones com Symbian OS
Fonte: PCWORLD 2008, s/p
Como os aparelhos de mesma categoria de dispositivo têm características em
comum, o desenvolvimento de aplicativos para uma mesma categoria também
pode variar de uma para outra. Existem diversas formas de se desenvolver
aplicações para dispositivos móveis e os recursos do hardware vão influenciar todo
o desenvolvimento de qualquer aplicação móvel.
O desenvolvimento de aplicativos para os primeiros dispositivos móveis era
realizado através de linguagens de programação específicas, ou seja, cada
fabricante possuía um conjunto próprio de ferramentas para o desenvolvimento de
software para os dispositivos que produzia. Cada dispositivo possuía um conjunto
de bibliotecas próprio, o que limitava a atuação do desenvolvedor e gerava
incompatibilidade das aplicações entre dispositivos de diversos fabricantes. Além
disso, a escassez de documentação aliada à existência de um mercado restrito
tornava quase inviável às empresas manter profissionais em contato com a
tecnologia do desenvolvimento de aplicativos móveis.
33
Na última década é possível observar o surgimento de um grande número de
tecnologias facilitando a comunicação sem fios.
Nessa monografia será abordado um modelo generalista de desenvolvimento de
aplicações para micro dispositivos, em especial telefones celulares, e da utilização
dessas tecnologias, que permitirá ao desenvolvedor, definir bases para
desenvolver aplicativos para dispositivos móveis, com enfoque na área médica.
34
2 O USO DA IMAGEM NA MEDICINA
A imagem vem se tornando, cada vez mais uma importante ferramenta de
auxílio ao diagnóstico das mais variadas doenças. Nesse capítulo serão discutidas
as formas que essas imagens são coletadas, processadas e armazenadas, assim
como as principais características de software e hardware necessárias para
desenvolver o aplicativo.
Também, faz-se uma introdução aos diversos tipos de exames por imagens,
suas características, sua importância para o diagnóstico de certas doenças, e os
problemas ocasionados pela pouca mobilidade das estações de trabalho,
apresentando seus principais conceitos, que se constituem a base para o
desenvolvimento pleno do trabalho.
2.1 Ressonância Magnética
Os primeiros estudos em ressonância magnética (RM) foram realizados em
1946 por dois grupos independentes: Purcell2 em Harvard, que estudava os sólidos
e Bloch3 em Stanford, que estudava os líquidos (BLOCH et al., 1946; PURCELL et
al., 1946).
Nessas primeiras experiências, a RM era usada para realizar a análise química
das estruturas, conhecida como espectroscopia. No final dos anos 60, Raymond
Damadian4 demonstrou in vitro que T1 era maior em tumores do que em tecido
normal e começou a trabalhar no desenvolvimento de um aparelho. Em 1972,
Lauterbour, da Universidade de Illinois, obteve as primeiras imagens com a RM, as
quais foram publicadas na Revista Nature (LAUTERBUR, 1973). Em 1976,
Mansfield, da Universidade de Nottinghan, produziu as primeiras imagens de uma
parte do corpo: um dedo (HAGE e IWASAKI, 2009).
2 Edward Mills Purcell (30/08/1912 — 07/03/1997) foi um físico estadunidense. Recebeu em 1952 o
Nobel de Física, pelo desenvolvimento de novos métodos de medição precisa do magnetismo nuclear e descobertas afins. 3 Felix Bloch (23/10/1905 —10/09/1983) foi um físico suíço.
Foi laureado, juntamente com Edward Mills Purcell, com o Nobel de Física em 1952, pelo "desenvolvimento de novos métodos de medição precisa do magnetismo nuclear e descobertas afins", nomeadamente a ressonância magnética nuclear (RMN). 4 Raymond Vahan Damadian (16/03/1936) é um médico e inventor estadunidense. É co-inventor da
Ressonância magnética.
35
Em três de julho de 1977, foi realizada pelo Dr. Raymond Damadian, um médico
e cientista, e seus colegas Dr. Larry Minkoff5 e Dr. Michael Goldsmith6 a primeira
varredura de corpo humano através da ressonância magnética. Foram necessárias
quase cinco horas para produzir uma imagem. E se compararmos com os padrões
atuais, as imagens eram bem primárias, mas indubitavelmente esta data mudou
radicalmente o cenário da medicina em todo o mundo. Até 1982, havia poucos
aparelhos de ressonância magnética nos EUA. Hoje, há milhares deles em todo o
mundo (HAGE e IWASAKI, 2009).
Em 2003, pelos avanços proporcionados pela aplicação da técnica de imagem
por ressonância magnética (IRM), Paul Lauterbour7 e Peter Mansfield8 receberam o
prêmio Nobel de Medicina. O primeiro exame de IRM na América Latina foi
realizado no Hospital Israelita Albert Einstein em 1986, em São Paulo, Brasil
(HAGE e IWASAKI, 2009).
Apesar de o estudo da física da ressonância magnética ser um assunto árido e
difícil, ele é de fundamental importância na interpretação das imagens e por isso é
preciso que os seus princípios básicos sejam entendidos. (HAGE e IWASAKI,
2009).
Este capítulo tem como objetivo mostrar as bases físicas da RM e seu papel
dentro do projeto.
2.1.1 Ressonância Magnética Nuclear
De forma resumida, segundo Hage e Iwasaki (2009), a Imagem por
Ressonância Magnética é praticamente o resultado da interação do forte campo
magnético produzido em equipamentos capaz de gerar campos magnéticos com
5 Lawrence A. Minkoff, Ph.D. Ele é um dos pioneiros no campo da tecnologia de ressonância
magnética. 6 Foi assistente e colaborador do Dr. Larry Minkoff em suas pesquisas sobre ressonância magnética
7 Paul Christian Lauterbur (06/05/1929 — 27/03/2007) foi um químico estadunidense. Partilhou o
Nobel de Fisiologia/Medicina de 2003 com Peter Mansfield, pelo seu trabalho sobre ressonância magnética por imagem" (MRI). 8 Peter Mansfield (09/10/1933) é um físico britânico. Foi agraciado com o Nobel de
Fisiologia/Medicina de 2003, juntamente com o estadunidense Paul Lauterbur, por descobertas fundamentais sobre o uso da ressonância magnética.
36
alta intensidade (utilizados na obtenção de imagens por ressonância magnética)
com os prótons de hidrogênio do tecido humano, como mostra Figura 2.1.
Figura 2.1 - Equipamento de ressonância magnética
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
O equipamento mostrado na Figura 2.1, de forma 3D, nos mostra uma pessoa
sendo introduzida dentro da bobina magnética de forma que o campo magnético
criado dentro da bobina atravessa a pessoa (HAGE e IWASAKI, 2009).
Equipamentos como esses podem ser vistos nos exames de RMN que criando
uma condição para que possamos enviar um pulso de radiofrequência, para a
obtenção de imagens, após este pulso sofrer alterações devido aos átomos de
hidrogênio presente no corpo de uma pessoa inserida dentro deste possa ser
coletada estando esta radiofrequência modificada (HAGE e IWASAKI, 2009).
Este sinal coletado é processado e convertido numa imagem ou informação
que pode ser visto abaixo na Figura 2.2.
Figura 2.2 - Obtenção de uma imagem do cérebro através de RMN Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
37
2.1.2 Momento Magnético Orbital de Spin
As propriedades de ressonância magnética têm origem na interação entre
um átomo em um campo magnético externo, como veremos mais adiante, é um
fenômeno em que partículas contendo momento angular e momento magnético,
exibem um movimento de precessão quando estão sob ação de um campo
magnético (HAGE e IWASAKI, 2009).
Os principais átomos que compõem que estão presentes no corpo humano
são: hidrogênio (H), oxigênio (O), carbono (C), fósforo (P), cálcio (Ca), flúor (F),
sódio (Na), potássio(K) e nitrogênio(N). Estes átomos, exceto o hidrogênio,
possuem no núcleo atômico prótons e nêutrons (HAGE e IWASAKI, 2009).
Apesar de outros núcleos possuírem propriedades que permitam a utilização
em Imagem por Ressonância Magnética, segundo Hage e Iwasaki (2009), o
hidrogênio é o escolhido por três motivos básicos:
É o mais abundante no corpo humano: cerca de 10% do peso corporal se deve ao hidrogênio.
As características de RMN se diferem bastante entre o hidrogênio presente no tecido normal e no tecido patológico.
O próton do hidrogênio possui o maior momento magnético e, portanto, a maior sensibilidade a RMN (HAGE e IWASAKI, 2009).
Como sabemos o corpo humano possui cerca de 10% do H, fato que facilita
a obtenção da ressonância magnética, pois o átomo de hidrogênio é o que melhor
responde à ressonância por possuir o maior momento magnético (HAGE e
IWASAKI, 2009).
O átomo de hidrogênio por ser o mais simples da tabela periódica possui
como núcleo o próton sendo ausente de nêutrons. Para o hidrogênio temos
também os isótopos Deutério (H) e Trítio (H3), que correspondem à presença de
nêutrons nos seus núcleos, mas estes não são objetos de nosso estudo(HAGE e
IWASAKI, 2009).
38
Os prótons são partículas carregadas positivamente e que possui uma
propriedade chamada SPIN ou Momento Angular (HAGE e IWASAKI, 2009).
Para exemplificar isso veja a Figura 2.3
Figura 2.3 - Dipolo Magnético Nuclear Fictício
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Para facilitar a compreensão podemos imaginar o próton de hidrogênio como
uma pequena esfera (1), que possui um movimento de giro, ou spin, em torno do
seu próprio eixo (2); por ser uma partícula carregada positivamente (3), irá gerar
um campo magnético próprio ao seu redor (4), comportando-se como um pequeno
dipolo magnético (4) ou como um imã (5), com um momento magnético (µ)
associado (HAGE e IWASAKI, 2009).
Para entender melhor isso podemos tentar explicar de forma mais
exemplificada verificando sua aplicação física no tecido humano, de forma que a
nossa compreensão sobre este assunto torne mais competente e mais fácil de ser
analisado, para isso verificamos nos próximo item as questões que envolvem a
Física da RMN (HAGE e IWASAKI, 2009).
Como o objetivo é ter uma visão simplificada e introdutória da física relacionada
à imagem por ressonância magnética e visto que já comentamos anteriormente
algumas propriedades do momento angular do átomo e do elétron em torno do seu
núcleo, podemos então a principio admitir que o spin representasse o movimento
de giro do próton em torno de seu próprio eixo, da mesma forma que um pequeno
pião (HAGE e IWASAKI, 2009).
Para o próton de hidrogênio (H1), o spin pode assumir valores de +1/2 ou -1/2, o
que em nossa analogia clássica representar os prótons girando para um lado ou
para o outro (HAGE e IWASAKI, 2009).
39
Juntamente com o spin, o próton de hidrogênio possui outra propriedade
chamada de momento magnético, que faz com que o mesmo se comporte como
um pequeno imã (ver Figura 2.3) conforme descrito no artigo de Hage e Iwasaki,
(2009).
Esta analogia é valida se visualizarmos o próton como uma pequena esfera
carregada positivamente e girando em torno de seu próprio eixo (spin). Como para
toda partícula carregada em movimento acelerado surge um campo magnético
associado, o próton de hidrogênio se comporta como um dipolo magnético.
Podemos utilizar um vetor para descrever cada dipolo magnético (HAGE e
IWASAKI, 2009).
Quando um próton ou um conjunto de prótons é colocado sobre a ação de um
campo magnético intenso temos o alinhamento destes dipolos ou de spin de forma
que o comportamento randômico agora se apresenta alinhados todos os dipolos
(HAGE e IWASAKI, 2009).
Para podermos entender melhor é importante sabermos que a temperatura
média de 36,5 ºC do corpo humano, e sob ação do fraco campo magnético
terrestre de 0,3 Gauss (ou 3x10) tesla, uma vez que o fator de conversão é de
1,0T=10.000G), os momentos magnéticos não possuem uma orientação espacial
definida (HAGE e IWASAKI, 2009).
Esta distribuição aleatória faz com que a magnetização resultante de um volume
de tecido seja igual a zero, como mostra a Figura 2.4 (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.4 - Spins na ausência e na presença de um campo magnético.
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
40
Quando o paciente é posicionado no interior do magneto ou da bobina de
ressonância magnética (Figura 2.1) e fica sob ação de um campo magnético com
uma intensidade alta de aproximadamente, por exemplo, 1,5 T que é a faixa de
intensidade utilizado por alguns equipamentos para a obtenção de IRM, os prótons
de hidrogênio irão se orientar de acordo com a direção do campo aplicado, como
se fossem pequenas bússolas; porém, ao contrário das bússolas, que apontariam
seu norte marcado na agulha para o sul magnético, os prótons de hidrogênio
apontam tanto paralelamente quanto antiparalelamente ao campo. As duas
orientações representam dois níveis de energia que o próton pode ocupar: o nível
de baixa energia (alinhamento paralelo) e o nível de maior energia (alinhamento
antiparalelo), como mostra a Figura 2.1.5. (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.5 - Alinhamento paralelo e antiparalelo dos prótons de hidrogênio.
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Vimos anteriormente que ao aplicarmos um campo magnético devido à
quantização do momento magnético haverá um movimento de precessão (HAGE e
IWASAKI, 2009).
A Figura 2.6 nos mostra à direita spins alinhados paralelamente e anti
paralelamente ao campo magnético externo aplicado (eixo z), realizando
movimento de precessão à esquerda vetor magnetização resultante (M0) de um
elemento de volume do tecido (HAGE e IWASAKI, 2009).
41
Figura 2.6 - Direita: spins alinhados paralelamente e antiparalelamente ao campo magnético
externo e vetor resultante Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
A figura abaixo mostra os eixos de coordenadas (x, y e z) e o vetor que
representa o momento magnético de um próton de hidrogênio realizando o
movimento de precessão em torno do eixo z, assim como as mesmas coordenadas
num típico magneto supercondutor. O eixo z, ou longitudinal, representa a direção
de aplicação do campo magnético principal (B). O plano xy é chamado de plano
transversal (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.7 - Coordenadas tridimensionais x, y e z.
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Com a aplicação deste campo teremos, portanto um momento de dipolo
magnético M resultante, na direção e sentido do campo aplicado, tendo em vista
que os estados de alinhamento paralelo são os mais prováveis e correspondem a
estados de menor energia (HAGE e IWASAKI, 2009).
42
Apesar de todos os momentos magnéticos individuais processarem em torno de
B0 a uma frequência angular igual a , não existe coerência de fase entre eles e,
portanto, não existirá componente de magnetização no plano transversal (HAGE e
IWASAKI, 2009).
Uma bobina posicionada de forma perpendicular ao plano transversal não
detectará nenhum sinal, pois não ocorrerá alteração no fluxo magnético (HAGE e
IWASAKI, 2009).
Para que uma corrente elétrica seja induzida em uma bobina posicionada de
forma perpendicular ao plano transversal, é necessário que o vetor magnetização
como um todo, ou parte dele, esteja no plano transversal e possua coerência de
fase. Se todos os momentos magnéticos individuais forem desviados em 90º para o
plano transversal e todos estiverem processando na mesma posição (mesma fase),
teremos o máximo de sinal induzido nesta bobina (HAGE e IWASAKI, 2009).
Aplicando, portanto um sinal de radiofrequência ressonante em espiras
transversais, devemos:
Transferir energia para o vetor magnetização, desviando-o do alinhamento, ou jogando-o para o plano transversal, quando for de 90º;
Fazer com que os núcleos processem, momentaneamente, em fase no plano transversal (HAGE e IWASAKI, 2009).
A Figura 2.8 mostra esquematicamente o que ocorre com a aplicação de um
sinal de radiofrequência em uma espira perpendicular ao plano transversal (HAGE
e IWASAKI, 2009).
Figura 2.8 - Vetor magnetização M perpendicular à magnetização M devido ao campo B
longitudinal. Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
43
Adicionando o impulso de RF, vai-se assistir não só a um aumento de
população de spins alinhados de forma antiparalela com o campo B0 como também
ao alinhamento dos spins em fase, sendo o sinal medido correspondente à
componente transversal da magnetização (HAGE e IWASAKI, 2009).
O contraste nas imagens se baseia na diferença de intensidade do sinal em
áreas de estrutura ou composição diferentes. Uma imagem tem contraste quando
apresenta áreas de sinal intenso (branco na imagem) e áreas de sinal fraco (escuro
na imagem) (HAGE e IWASAKI, 2009).
Sendo assim, podemos ver que um dos fatores que determinará o contraste de
uma imagem será a densidade de prótons que deve alterar a componente de
magnetização transversal (HAGE e IWASAKI, 2009).
Este tipo de contraste de imagem é conhecida por Densidade de Prótons ou DP
(HAGE e IWASAKI, 2009).
A figura 2.9 mostra este tipo de contraste:
Figura 2.9 - Contraste em DP.
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Observa-se que em lugares onde temos acumulação de água (por exemplo,
em edemas) podemos observar “hipersinal” na imagem em contraste de DP (ou
pesada em DP) (HAGE e IWASAKI, 2009).
No entanto este não é o único fator que determina a intensidade neste
sinal. Estes fatores dizem respeito ao tempo de recuperação dos vetores de
magnetização e de relaxamento (HAGE e IWASAKI, 2009).
44
2.1.3 Tempo de Recuperação e Relaxamento
Aplicando um pulso de radiofrequência conseguimos desviar o vetor de
magnetização para o plano transverso, com isso, além de fazer alguns dos spins
passarem para o nível de maior energia também mudamos a fase dos prótons, de
modo que fiquem coerentes (agrupados) e é exatamente devido a esta coerência
que conseguimos obter um sinal nas bobinas receptoras. Quando se retira o pulso
de RF o núcleo excitado retorna ao equilíbrio liberando energia para o ambiente.
(HAGE e IWASAKI, 2009).
Este precesso9 é conhecido por relaxação. Ela ocorre por meio da relaxação
spin-rede da relaxação spin-spin, as quais são definidas por duas constantes
exponenciais de tempo T1 e T2 respectivamente. Ao retirar-se o pulso RF, o sinal
de indução obtido na bobina começa a reduzir o seu valor já que a ação de B1
deixa de ocorrer e os dipolos passam novamente a sofrer a influência de B0 e
tentam realinhar-se com este. Chamamos T2 o tempo de decaimento do sinal na
bobina e T1 o tempo de recuperação do campo longitudinal (HAGE e IWASAKI,
2009).
A figura 2.10 mostra a amplitude do sinal induzido mudando sua amplitude
com o tempo (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.10 - Amplitude do sinal induzido diminuindo com o tempo (tempo de relaxamento T2)
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
À medida que a excitação é perdida, a magnetização longitudinal é
gradualmente recuperada, por isso ela é conhecida como recuperação (ou
relaxação) longitudinal. Como a recuperação longitudinal envolve troca de energia
entre os spins nucleares excitados e o ambiente (rede) molecular não ressonante,
9 Precessão é um fenômeno físico que consiste na mudança do eixo de rotação de um objeto. Esse
efeito giroscópico, observado nos movimentos dos pontos de referência celestes, pode ser explicado pela análise vetorial das grandezas envolvidas, torque e momento angular.
45
ela é também referida como tempo de relaxação spin-rede (HAGE e IWASAKI,
2009).
Ou seja, à medida que a precessão transversal diminui começamos a
retomar a magnetização longitudinal. Este é o chamado tempo de recuperação (T1)
(HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.11 - À medida que perdemos a componente transversal da magnetização, retomamos a
magnetização longitudinal devido ao campo B0
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Figura 2.12 - Representação gráfica do tempo de recuperação e de relaxamento Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
O valor de T1 é dependente da natureza física e química do ambiente que
envolve o núcleo excitado. Em geral, moléculas menores, incluindo a água,
recuperam-se muito mais lentamente do que moléculas de tamanho médio como
os lipídeos. Portanto, a liberação da água ligada em tumores ou em outras lesões
pode aumentar os valores de T1. Por exemplo, o valor de T1 para a água pura é de
aproximadamente três segundos, enquanto aquele da gordura é geralmente umas
poucas centenas de milissegundos. Quando um tecido com T1 curto é examinado
usando uma sequencia com um tempo de repetição (TR) do pulso de RF de 90
graus relativamente mais longo, o sinal oriundo desse tecido é intenso. Se o tempo
de repetição (TR) for mais curto do que o T1 do tecido, o núcleo não retornará ao
46
equilíbrio antes do próximo pulso de RF, e o tecido é dito como estando saturado
(sem sinal). Dessa forma, a intensidade do sinal aumenta à medida que o tempo de
relaxação do tecido diminui (HAGE e IWASAKI, 2009).
O contraste obtido na RMN ocorre por conta da diferença dos sinais gerados,
onde sinais mais intensos fornecem pontos mais claros e sinais mais fracos
fornecem pontos escuros (HAGE e IWASAKI, 2009).
A figura 2.13 mostra um sinal ponderado em T1,onde tecidos com T1 curtos
apresentam um sinal mais intenso e aqueles com T1 mais longos apresentam
pontos escuros (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.13 - Sinal ponderado em T1, onde tecidos com T1 curto examinado com um tempo de
repetição (TR) longo. Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
A relaxação spin-spin (T2), que da origem ao decréscimo da componente
transversal do campo, ocorre por meio da interação de prótons com os campos
magnéticos de outros núcleos e por causa das inomogeneidades10 inerentes a (B0)
(HAGE e IWASAKI, 2009). Após a aplicação de um pulso de RF, o núcleo excitado
inicialmente precessa em fase em relação aos outros núcleos, resultando em um
valor alto de Mxy11( HAGE e IWASAKI, 2009). Entretanto, a coerência de fase é
rapidamente perdida, uma vez que cada um dos núcleos tem seu próprio campo
10
Inomogeneidade - característica de um corpo que não tem as mesmas propriedades em todos os pontos. 11
Mxy (vector magnetização transversal). Essa componente irá regressar ao seu estado de equilíbrio (Mxy=0) rodando em torno do eixo dos z, a uma frequência igual à frequência do fóton incidente – precessão
47
magnético diminuto que interfere uns nos outros (relaxação spin-spin). A interação
spin-spin transfere energia entre os núcleos envolvidos, de forma que a frequência
de precessão de alguns esteja atrasada e a frequência de outros esteja acelerada.
Dessa forma, a coerência de fase é perdida (HAGE e IWASAKI, 2009).
A constante de tempo para essa forma de relaxação, chamada de T2, é o
período de tempo durante o qual 63,2% do sinal é perdido (Fig. 2.14 ). Os valores
de T2 da maioria dos tecidos biológicos estão entre 50 e 100msec, enquanto o
valor do líquor é bem maior. Como em T1, a taxa de água livre versus água ligada
é o principal determinante de T2 nas lesões. A liberação da água ligada aumenta
os valores de T2. Como a relaxação spin-spin (T2) ocorre no plano transverso, ela
é conhecida como relaxação transversal. Valores longos estão associados com
sinal mais intenso, uma vez que o núcleo não perde a coerência de fase tão
rapidamente. Isso contrasta com a relaxação spin rede (T1), na qual um valor de
T1 mais longo está associado com a atenuação do sinal. (HAGE e IWASAKI,
2009).
A fig. 2.14 mostra uma IRM ponderada em T2, onde se observa que regiões
ricas em água aparecem com um sinal mais intenso regiões claras e gordura com
um sinal menos intenso (regiões escuras) (HAGE e IWASAKI, 2009).
Figura 2.14 - Imagem RM ponderada de T2
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
O valor de T2 é sempre menor (ou igual) a T1, isto é, a magnetização
transversa decresce mais rapidamente do que a magnetização longitudinal demora
a voltar ao valor inicial. O valor de T1 e T2 depende da intensidade das interações
48
entre os spins magnéticos da frequência com que estas interações estão sendo
moduladas. Pode se falar que T1 e T2 dependem das propriedades moleculares de
cada tecido, e assim podemos diferenciar gordura, a substância branca, a
substância cinzenta, o edema ou o líquor12 através de seus diferentes tempos de
relaxamento, já que T1 e T2 aumentam nesta ordem. Nos sólidos e nas grandes
moléculas T2 e curto, enquanto que nos fluidos e mais longo, uma vez que no
primeiro caso existem campos magnéticos intrínsecos, que, no segundo, tendem
para zero devido à mobilidade das moléculas. Quanto ao T1 verifica-se que a água
apresenta um T1 longo e o colesterol, por exemplo, um T1 curto. O que se deve ao
fato de os movimentos das moléculas no segundo caso serem mais lento e,
portanto, mais próximos da frequência de Larmor13, favorecendo a eficácia de
transferência de energia para a rede (HAGE e IWASAKI, 2009).
A tabela a seguir mostra a tabela com valores de alguns tempos de
relaxamento T1 e T2 para campos da ordem de 1,5 T (HAGE e IWASAKI, 2009).
Tabela 2.1 - Tempos T1 e T2 para diferentes tecidos, sendo T2 tempo associado ao decaimento do
campo transversal e T1 associado à recuperação do campo longitudinal para campos da ordem de
1,5 T.
Tecido T1(ms) T2(ms)
Substância Branca 790 90 Substância Cinzenta 920 100
Líquido céfalo-radiquiano (líquor)
4000 2000
Sangue (Arterial) 1200 50 Parênquima hepático 490 40
Miocárdio 870 60 Músculo 870 50
Lipídios (gordura) 260 80
. Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
12
O Líquor é um fluido corporal estéril e de aparência clara que ocupa o espaço subaracnóideo no cérebro (espaço entre o crânio e o córtex cerebral—mais especificamente, entre as membranas aracnóide e pia-máter das meninges). É uma solução salina muito pura, pobre em proteínas e células, e age como um amortecedor para o córtex cerebral e a medula espinhal. 13 Equação para calcular a frequência de precessão do spin ³ E0 = B0, onde E0 é a frequência de
precessão e é medida em Hz ou MHz; ³ é a constante giro magnético, específicos para cada
material, e B0 é a força da campo magnético medido em Tesla. Nos núcleos de prótons de H o valor
da frequência de precessão é de 42,5 MHz / T.
49
A figura 2.15 mostra em detalhes o contraste de diferentes tecidos. Observe
que para o líquor em que temos maior tempo T2 apresenta maior intensidade de
sinal (ponto branco) e a intensidade descreve com a redução de T2 (HAGE e
IWASAKI, 2009).
Figura 2.15 - Contraste em diferentes tecidos.
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
2.1.4 Equação Geral do Contraste para IRM
Segundo Hage e Iwasaki (2009), grande parte da capacidade de contraste na
RM pode ser entendida analisando se uma equação genérica da sequencia de
pulso chamada de spin-eco dada por:
I = N . f(v). (e -(TE/T2)
). (1- e-(TR/T1)
), Sendo: I = intensidade de imagem (brilho do pixel); N = densidade de prótons (do tecido); f(v) = função de fluxo (do tecido); TE = tempo de eco (fixado no aparelho); definimos tempo de eco (TE) como o tempo que vai da aplicação do pulso RF ao pico máximo do sinal induzido no fio é medido em ms. O TE determina o grau de declínio da magnetização transversa que pode ocorrer antes de ler-se o sinal. O TE controla, pois o grau de relaxamento T2. TR = tempo de repetição (fixado no aparelho); definimos tempo de repetição (TR) como o tempo que vai da aplicação de um pulso RF à aplicação do pulso RF seguinte é medido em milissegundos (ms). O TR determina o grau de relaxamento que pode ocorrer entre o término de um pulso RF e a aplicação do pulso seguinte. O TR determina, pois o grau de relaxamento T1 que ocorreu. T1 = tempo de relaxação longitudinal (do tecido); T2 = tempo de relaxação transversal (do tecido) (HAGE e IWASAKI, 2009).
50
Ao contrário dos termos exponenciais que descrevem os efeitos de T1 e T2, o
termo densidade de prótons (N) é simplesmente um multiplicador. Embora haja
prótons em todos os átomos do corpo, os prótons de interesse para a RM são
apenas aqueles que constituem o núcleo do átomo do hidrogênio. De fato, os
únicos prótons que contribuem significativamente para o sinal da RM são os
núcleos de átomos de hidrogênio em moléculas de água ou em alguns grupos de
moléculas lipídicas, também conhecidos como prótons móveis. Na presença de um
grande número de prótons móveis, ocorrerá um sinal forte (HAGE e IWASAKI,
2009).
Esse sinal forte será então afetado pelos outros termos na equação, como T1
e T2, produzindo um sinal mais forte ou mais fraco, dependendo desse outro grupo
de fatores. Os materiais com elevada densidade de prótons incluem o tecido
adiposo, o líquido cefalorraquidiano (LCR), o sangue e outros líquidos. Por outro
lado, na presença de relativamente poucos prótons móveis no tecido, haverá um
valor zero ou muito pequeno para o N na equação. Como toda a equação será
multiplicada por esse termo zero, os efeitos de T1 e T2 e dos outros parâmetros
serão anulados. Por isso, independentemente de como a sequencia de pulso é
alterada, na presença de poucos prótons móveis, a imagem terá um sinal de
pequena intensidade. Materiais de baixa densidade de prótons geralmente têm um
sinal baixo em todas as sequencias. São exemplos o ar, as calcificações, a cortical
óssea densa, o tecido fibroso, o plástico e outros materiais implantados (HAGE e
IWASAKI, 2009).
As imagens ponderadas em T1 fornecem um excelente detalhamento
anatômico e, as ponderadas em T2, reproduzem com grande fidelidade as
condições patológicas, graças ao conteúdo hídrico das mesmas as quais se
apresentam com sinais hiperintensos (HAGE e IWASAKI, 2009).
A tabela abaixo fornece a ordem de grandeza de cada um destes tempos para
que possamos obter imagens ponderadas em T1 T2 ou DP. (HAGE e IWASAKI,
2009).
51
Tabela 2.2 - TR e TE para diferentes IRM Tempo de Repetição (TR) Tempo de Eco (TE) Ponderação
TR Curto (<500ms) TE Curto (5 a 25 ms) T1 TR Longo (>1500ms) TE Curto (>90ms) T2 TR Longo (>1500ms) TE Curto (5 a 25 ms) DP
Fonte: HAGE e IWASAKI, 2009
Para se obter o máximo de contraste em T1, que é a diferença na intensidade
do sinal com base nos tempos T1, o tempo TR na sequencia de pulso é reduzido.
Isso leva a uma imagem ponderada em T1. Com um TR mais longo, os tecidos já
recuperaram integralmente sua magnetização longitudinal e têm intensidade de
sinal semelhante e pouco contraste. Uma sequencia de TR curto aumentará ao
máximo o contraste T1, mas isso também afetará outros aspectos da qualidade da
imagem. A razão sinal-ruído global diminui com o TR curto, embora o contraste
aumente (LUFKIN, 1999).
Para se ter uma diferença máxima na intensidade do sinal com base nos
tempos T2, o tempo TE na sequencia de pulso é aumentado. Isso leva a uma
imagem ponderada em T2. Os tecidos têm intensidade de sinal semelhante e
pouco contraste com um TE mais curto. Isso ocorre por não ter transcorrido um
tempo suficiente para que as diferenças de T2 causem a defasagem dos spins.
Uma sequencia de TE longo, portanto, obterá um contraste em T2 máximo à custa
da qualidade de imagem. A razão sinal-ruído global diminui ao aumentar o TE,
ainda que o contraste em T2 aumente. Para se produzir uma imagem fortemente
ponderada em T1, usa-se um TR curto para se obter um contraste T1 máximo e
usa-se um TE curto para um contraste T2 mínimo. Assim, também, para se
produzir uma imagem fortemente ponderada em T2, usa-se um TE longo para se
obter um contraste T2 máximo e um TR longo para um contraste T1 mínimo.
Finalmente, uma sequencia de TE curto e TR longo obteria o máximo de relação
sinal-ruído na imagem. Isso é feito à custa do contraste T1 e T2. Devido à ausência
de um contraste T1 ou T2 forte, essas imagens de elevada relação sinal-ruído são
designadas imagens de densidade de prótons (HAGE e IWASAKI, 2009).
A imagem por ressonância magnética promoveu um grande avanço na medicina
no que diz respeito a imagens detalhadas e precisa de várias partes do corpo
52
devido ao alto contraste de tecidos moles e à possibilidade de cortes em qualquer
plano escolhido (HAGE e IWASAKI, 2009).
2.2 Tomografia Computadorizada
As tomografias ampliam a ideia que se tem a respeito de imagens de raios-X
convencional. Em vez de mostrar o contorno dos ossos e órgãos, um tomógrafo
forma um modelo computadorizado completo em três dimensões do interior de um
paciente. Os médicos podem até mesmo examinar uma estreita fatia do corpo por
vez para apontar áreas específicas (GARIB et al., 2007).
A tomografia computadorizada (TC) trata-se de um método de diagnóstico por
imagem que utiliza a radiação x e permite obter a reprodução de uma secção do
corpo humano em quaisquer uns dos três planos do espaço (Figura 2.16).
Diferentemente das radiografias convencionais, que projetam em um só plano
todas as estruturas atravessadas pelos raios-x, a TC evidencia as relações
estruturais em profundidade, mostrando imagens em “fatias” do corpo humano. A
TC permite enxergar todas as estruturas em camadas, principalmente os tecidos
mineralizados, com uma definição admirável, permitindo a delimitação de
irregularidades tridimensionalmente (GARIB et al., 2007).
Perante as dificuldades ou limitações na obtenção de informações para o
diagnóstico com o uso de radiografias convencionais, as imagens tridimensionais
começaram a atrair grande interesse dos profissionais da medicina (GARIB et al.,
2007).
Ao discutir este tema tão atual, primeiramente há que se discernir entre os
dois tipos principais de TC, a tomografia computadorizada tradicional e a
tomografia computadorizada de feixe cônico (cone-beam computed tomography-
CBCT). Os dois tipos de exames permitem a obtenção de imagens em cortes, no
entanto a única característica que apresentam em comum refere-se à utilização da
radiação x (GARIB et al., 2007).
Surpreendentemente, a engenharia e as dimensões do aparelho, o princípio pelo
qual se obtém e se processam as imagens, a dose de radiação e o custo do
aparelho são completamente distintos entre as duas modalidades de TC. As
53
principais diferenças entre os métodos são compiladas na tabela 3 e descritas
detalhadamente a seguir (GARIB et al., 2007).
Tabela 2.3 - Quadro comparativo entre a TC tradicional e a TC de feixe cônico
TC Tradicional TC de Feixe Cônico
Dimensão do aparelho -grande - permite exame do corpo todo
- mais completo - permite apenas exame de região de cabeça e pescoço
Aquisição da imagem - diversas voltas do feixe de raios-x em torno do paciente
- cortes axiais
- 10-70 segundos de exame - 3-6 segundos de exposição à
radiação Tempo de escaneamento - 1 segundo multiplicado pela
quantidade de cortes axiais necessários
- exposições á radiação ininterrupta
- menor, aproximadamente 15 vezes reduzida, em relação à
TC helicoidal
Dose de radiação - alta - reduzido Custo financeiro - alto Recursos do exame - reconstruções multiplanares
em 3D - reconstruções multiplanares e em 3D, além de reconstruções de radiografias bidimensionais
convencionais Qualidade da imagem - boa nitidez
- ótimo contraste - validação das avaliações quantitativas e qualitativas
- boa nitidez - baixo contraste entre tecido
duro e mole - boa acurácia
Produção de artefatos - muito artefato na presença de materiais metálicos
- pouco artefato produzido na presença de metais
Fonte: GARIB et al., 2007
2.2.1 A Tomografia Computadorizada Tradicional
A revolucionária criação desta modalidade de exame, no início da década de
70, pelo engenheiro inglês Hounsfield14, juntamente com o físico norte-americano
Cormark15, lhes valeu o prêmio Nobel de Medicina de 1979. O primeiro aparelho de
TC foi colocado no Hospital Atkinson Morley, em Londres, acomodava somente a
cabeça do paciente e gastava 4,5 minutos para escanear uma fatia e mais 1,5
minuto para reconstruir a imagem no computador. Felizmente, durante os últimos
30 anos, ocorreram muitas inovações e grandiosas evoluções na tecnologia dessa
área, que melhoraram o tempo de aquisição e a qualidade das imagens, assim
como reduziram significantemente a dose de radiação (GARIB et al., 2007).
14
Godfrey Newbold Hounsfield (28/08/1919 — 12/08/2004) foi um engenheiro britânico. Foi agraciado com o Nobel de Fisiologia/Medicina de 1979, por ter participado da criação do diagnóstico de doenças pela tomografia axial computadorizada. 15
Allan McLeod Cormack (23/02/1924 — 07/05/1998) foi um físico sul africano. Foi agraciado com o Nobel de Fisiologia/Medicina de 1979, por ter participado da criação de diagnosticar doenças pela tomografia axial computadorizada.
54
Figura 2.16 - Imagens de tomografia computadorizada reproduzindo secções do corpo humano em
diferentes planos do espaço. Fonte: GARIB et al., 2007
Os aparelhos atuais, denominados de nova geração, acomodam o corpo todo
e a reprodução de uma secção dura um segundo ou menos. Algumas máquinas
alcançaram tal perfeição, que reproduzem uma fatia em 0,5 a 0,1 segundo,
permitindo estudos funcionais em vez de somente análises estáticas (GARIB et al.,
2007).
2.2.1.1 Componentes do aparelho e aquisição da imagem
O aparelho de tomografia computadorizada tradicional apresenta três
componentes principais (Figura 2.17):
1) o gantry16, no interior do qual se localizam o tubo de raios-x e um anel de
detectores de radiação, constituído por cristais de cintilação (GARIB et al., 2007);
2) a mesa, que acomoda o paciente deitado e que, durante o exame, movimenta-se
em direção ao interior do gantry e 3) o computador, que reconstrói a imagem
tomográfica a partir das informações adquiridas no gantry. O técnico ou operador
de TC acompanha o exame pelo computador, que geralmente fica fora da sala que
acomoda o gantry e a mesa, separado por uma parede de vidro plumbífero (que
contém chumbo) (GARIB et al., 2007).
16
O gantry é o maior componente da instalação de um aparelho de TC. É um dispositivo em formato de uma enorme rosca e em seu interior encontram-se instalados o tubo gerador do feixe de raios X, os detectores, colimadores de feixe, conversor analógico digital, fontes e componentes mecânicos necessários para as movimentações de varredura que possibilitam a aquisição de dados, além de parte do sistema eletrônico utilizado no controle desses elementos.
55
Figura 2.17: Aparelho de tomografia computadorizada tradicional: A) gantry e mesa, B) Computador
Fonte: GARIB et al., 2007
Neste aparelho, a fonte de raios-x emite um feixe estreito (colimado) em forma
de leque, direcionado a um anel com diversos detectores, conforme mostrado na
figura. 2.18) (GARIB et al., 2007).
Durante o exame, no interior do gantry, o tubo de raios-x gira dentro do anel
estacionário de receptores (GARIB et al., 2007).
Figura 2.18: Representação gráfica do interior do gantry, onde o tubo de raios-x gira em torno do
paciente, emitindo um feixe colimado de raios-x em forma de leque, direcionado ao anel estacionário de detectores. Fonte: GARIB et al., 2007
Os sinais recebidos pelos detectores dependem da absorção dos tecidos
atravessados pelo feixe radiográfico e são registrados e processados
matematicamente no computador. Por meio de múltiplas projeções no curso de
360º ao redor do paciente, os receptores registram uma série de valores de
56
atenuação dos raios-x. Estes múltiplos coeficientes de atenuação são submetidos a
complexos cálculos matemáticos pelo princípio da matriz (Fig. 2.19), permitindo ao
computador reconstruir a imagem de uma secção do corpo humano (GARIB et al.,
2007).
Figura 2.19 - O princípio da construção da imagem em TC tradicional: A) valores de atenuação do feixe de raios x, após atravessar o objeto em diversas direções e B) a matriz com o cálculo computadorizado da densidade de cada região atravessada pelos feixes de radiação.
Fonte: GARIB et al., 2007
Nas primeiras gerações de aparelhos de TC, o feixe de raios-x completava
um giro em torno do paciente e, posteriormente, a mesa se movimentava para
capturar a imagem em fatia da próxima da região adjacente. Nos aparelhos atuais,
denominados de última geração, a mesa com o paciente movimenta-se
simultaneamente à rotação do tubo de raios-x, determinando uma trajetória
helicoidal da fonte de raios-x em torno do paciente, o que provê a denominação
aos aparelhos de TC modernos (GARIB et al., 2007).
2.2.1.2 Tomografia computadorizada helicoidal ou espiral
Este avanço incrementou a qualidade da imagem e reduziu o tempo de
exposição do paciente. Além disso, os aparelhos modernos apresentam a
tecnologia multislice, isto é, são capazes de adquirir 4 a 16 fatias de imagem para
cada giro de 360º do feixe de raios-x em torno do paciente (GARIB et al., 2007).
As vantagens clínicas dos aparelhos multislice referem-se à maior velocidade de
aquisição da imagem, especialmente útil quando o movimento do paciente constitui
um fator limitante para o exame, assim como melhor resolução espacial das
imagens (GARIB et al., 2007).
A imagem compõe-se unitariamente pelo pixel (Figura 2.20), cada um dos quais
apresenta um número que traduz a densidade tecidual ou o seu poder de
57
atenuação da radiação. Tais números, conhecidos como escala Hounsfield, variam
de –1000 (densidade do ar) a +1000(densidade da cortical óssea), passando pelo
zero (densidade da água). Na escala Hounsfield, considera-se que a água
apresenta uma densidade neutra na imagem tomográfica.
Figura 2.20 - Representação esquemática das unidades que compõem a imagem da tomografia computadorizada tradicional
Fonte: GARIB et al., 2007
Deste modo, os tecidos de maior densidade são decodificados com um número
positivo pelo tomógrafo e chamados hiperdensos, enquanto os tecidos com
densidade inferior à água recebem um número negativo e são denominados
hipodensos. A densidade da medula óssea varia de -20 a -40, devido à grande
quantidade de tecido adiposo. Na presença de um tumor na região, aumentam a
densidade tecidual e o valor numérico da escala. Um cisto apresenta um número
próximo à zero, já que o fluido cístico compõe-se preponderantemente por água
(GARIB et al., 2007).
Mas devemos lembrar que a imagem de TC ainda apresenta uma terceira
dimensão, representada pela espessura do corte. Assim, outra palavra deve ser
familiar aos profissionais que trabalham com imagens tridimensionais: o voxel
(GARIB et al., 2007).
Denomina-se voxel a menor unidade da imagem na espessura do corte
(Figura 2.21), podendo variar de 0,5 a 20 mm, a depender da região do corpo a ser
escaneada e da qualidade da imagem desejada (GARIB et al., 2007).
58
. Deste modo, quando se deseja imagens muito precisas de pequenas regiões
como a face, ajusta-se o aparelho para adquirir cortes de 1 mm de espessura, por
exemplo, e assim o voxel das imagens resultantes corresponderá a 1mm (GARIB
et al., 2007).
Diferentemente, quando se escaneia regiões maiores do corpo como o
abdômen, as fatias, e portanto o voxel, deve ser mais espesso, com inevitável
perda da qualidade da imagem (GARIB et al., 2007).
A tomografia computadorizada tradicional obtém imagens muito mais nítidas e
ricas em detalhes que as radiografias convencionais. As análises quantitativas em
TC demonstram grande acurácia e precisão. A medição da imagem é acurada
quando se aproxima da dimensão real do objeto estudado (GARIB et al., 2007).
Isto quer dizer que as mensurações realizadas diretamente no crânio ou na
imagem em TC do mesmo crânio são absolutamente semelhantes. A precisão ou
reprodutibilidade do método confirma-se diante de escassos erros na repetição das
mensurações, tanto intra como interexaminadores. Outra vantagem igualmente
importante da tomografia computadorizada consiste na alta sensibilidade e
especificidade (GARIB et al., 2007).
Isto quer dizer que nas análises qualitativas das imagens, os índices de falso-
negativo e falso-positivo são muito baixos, respectivamente (GARIB et al., 2007).
Outro interessante exemplo da grande sensibilidade da TC quando comparada
às radiografias convencionais foi demonstrado na área de Ortodontia. Em 1987,
Ericson e Kurol demonstraram, por meio da análise de radiografias convencionais,
que 12% dos pacientes com retenção dos caninos superiores permanentes
apresentavam reabsorção radicular dos dentes vizinhos, os incisivos laterais
(GARIB et al., 2007).
Treze anos mais tarde, quando repetiram o mesmo estudo, porém utilizando-
se a tomografia computadorizada tradicional como método de diagnóstico,
constataram que, na realidade, 48% dos pacientes com erupção ectópica dos
caninos apresentavam algum grau de reabsorção radicular nos incisivos laterais
permanentes (GARIB et al., 2007).
59
Portanto, os trabalhos da literatura com tomografia computadorizada
tradicional validaram este método de diagnóstico para análises quantitativas e
qualitativas das estruturas ósseas. A boa resolução da imagem de TC deve-se ao
grande poder de contraste da técnica, já que pequenas diferenças na densidade
tecidual podem ser percebidas e traduzidas em 5.000 tons de cinza em cada pixel
(GARIB et al., 2007).
. Para se ter uma ideia, os aparelhos atuais reconhecem diferenças de densidade
de menos de 0,5%, enquanto as técnicas radiográficas convencionais detectam
desigualdades mínimas de 10% (GARIB et al., 2007).
. Ademais, a natureza digital da TC permite introduzir melhoras na qualidade da
imagem por meio da computação gráfica. E diferentemente das radiografias
convencionais, o fator de magnificação da tomografia computadorizada é nulo, ou
seja, a imagem em TC reproduz o tamanho real do objeto escaneado. Apenas um
detalhe pode prejudicar a resolução espacial da imagem de TC, fenômeno
conhecido como cálculo da média de um volume parcial. Isto ocorre quando a
borda de uma estrutura inicia-se no meio de um pixel (GARIB et al., 2007).
. Neste caso, segundo o artigo de Garib (et al., 2007), o tom de cinza
apresentado por este pixel equivalerá à média do coeficiente de atenuação dos
raios-x, prejudicando a visualização nítida do limite de tal estrutura. Quando o
paciente apresentar metal na área avaliada, a TC tradicional também pode criar
artefatos em forma de raios na imagem, como acontece na presença das
restaurações dentárias metálicas (Figura 2.21).
Figura 2.21 - Artefatos produzidos na imagem de TC tradicional por restaurações metálicas.
Fonte: GARIB et al., 2007
60
2.2.1.3 Exame da região facial e processamento computadorizado das
imagens
Durante o exame de tomografia computadorizada tradicional, a posição da
cabeça pode ser padronizada tridimensionalmente, utilizando-se um recurso do
tomógrafo de prover linhas luminosas perpendiculares entre si (GARIB et al., 2007).
Deste modo, segundo Garib (et al., 2007) posiciona-se o paciente deitado na
mesa com o plano de Camper 17perpendicular ao solo, à linha luminosa longitudinal
passando pelo centro da glabela e do filtro labial e a linha luminosa transversal
coincidindo com o canto lateral dos olhos (Figura 2.22).
Figura 2.22 - Linhas luminosas de referência para a padronização da posição da cabeça do
paciente. Fonte: GARIB et al., 2007
A primeira imagem obtida pelo tomógrafo assemelha-se a uma tele radiografia
de norma lateral e denomina-se escanograma ou scout (figura 2.23). Nesta
imagem, o técnico seleciona a região que será escaneada, assim como determina
a inclinação dos cortes axiais (GARIB et al., 2007).
17
O plano de Camper é um suporte utilizado para montagem estandarizada do modelo superior no articulador. Possui linhas de referência medianas, laterais e anterior para posicionamento (alinhamento) do modelo de gesso.
61
Figura 2.23 - Escanograma ou scout.
Fonte: GARIB et al., 2007
As imagens originais na tomografia computadorizada tradicional são
usualmente obtidas no sentido axial (figura 2.24). Se a região de interesse, por
exemplo, à base de uma mandíbula mais os dentes inferiores, apresentar 30mm de
altura e o tomógrafo for ajustado para executar cortes com espessura de 1mm, ao
final do exame teremos 30 cortes axiais da mandíbula (GARIB et al., 2007).
Figura 2.24 - Cortes axiais originais.
Fonte: GARIB et al., 2007
Diante da necessidade de diversificar as perspectivas de avaliação, o
computador é capaz de reconstruir os cortes axiais originais, obtendo imagens em
62
outros planos do espaço, como os planos coronal e sagital, sem a necessidade de
expor novamente o paciente à radiação (GARIB et al., 2007).
. Este recurso presente nos softwares dos tomógrafos denomina-se reconstrução
multiplanar (figura 2.25). Quando requisitamos uma reconstrução multiplanar, o
monitor do computador aparece dividido em quadrantes, um demonstrando a
imagem axial original, e outros dois com reconstruções no plano coronal e sagital
(figura 2.25). Movimentando-se os cursores na tela, o operador terá condições de
visualizar as imagens de toda a área escaneada em cada um dos três planos do
espaço, fatia a fatia. O quarto quadrante pode ser utilizado para fazer
reconstruções diversas ou oblíquas. Existem alguns softwares específicos que
automaticamente provêm imagens que auxiliam a determinar a localização (GARIB
et al., 2007).
Figura 2.25 - Reconstrução multiplanar: A) Desenho esquemático de cortes nos três planos do
espaço. B) Reconstrução multiplanar em TC tradicional. Fonte: GARIB et al., 2007
Os cortes axiais originais podem ainda ser reconstruídos em 3D e visualizados
sob diferentes perspectivas. As imagens principais e de maior interesse ainda
podem ser impressas em filme radiográfico e enviadas ao profissional que
requisitou o exame (GARIB et al., 2007).
Resumindo, a TC apresenta as vantagens de eliminar as sobreposições, a
magnífica resolução atribuída ao grande contraste da imagem e a possibilidade de
reconstruí-las nos planos axial, coronal, sagital e oblíquo, assim como obter uma
visão tridimensional da estrutura de interesse (GARIB et al., 2007).
63
2.2.2 A Tomografia Computadorizada de Feixe Cônico (Cone Beam)
O advento da tomografia computadorizada de feixe cônico representa o
desenvolvimento de um tomógrafo relativamente pequeno e de menor custo,
especialmente indicado para usos em certas partes do corpo. O desenvolvimento
desta nova tecnologia está provendo a diversos campos da medicina a reprodução
à imagem tridimensional dos tecidos mineralizados (ossos), com mínima distorção
e dose de radiação significantemente reduzida em comparação à TC tradicional
(GARIB et al., 2007).
2.2.2.1 Aparelho e aquisição da imagem
Segundo o artigo de Garib (et al., 2007), o aparelho de TC de feixe cônico é
muito compacto e assemelha-se ao aparelho de radiografia panorâmica.
Geralmente o paciente é posicionado sentado, mas em alguns aparelhos acomoda-
se o paciente deitado (Figura 2.26). Apresenta dois componentes principais,
posicionados em extremos opostos da cabeça do paciente: a fonte ou tubo de
raios-x, que emite um feixe em forma de cone, e um detector de raios-x (Figura
2.27).
Figura 2.26: aparelho de tomografia computadorizada de feixe cônico.
Fonte: GARIB et al., 2007
O sistema tubo-detector realiza somente um giro de 360 graus em torno da
cabeça do paciente e a cada determinado grau de giro (geralmente a cada 1 grau),
o aparelho adquire uma imagem base da cabeça do paciente, muito semelhante a
64
uma tele radiografia, sob diferentes ângulos ou perspectivas (figura 2.27). Ao
término do exame, essa sequência de imagens base (raw data) é reconstruída para
gerar a imagem volumétrica em 3D, por meio de um software específico com um
sofisticado programa de algoritmos, instalado em um computador convencional
acoplado ao tomógrafo (GARIB et al., 2007).
Figura 2.27 - Comparação gráfica do tomógrafo tradicional (A) e do tomógrafo de feixe cônico (B)
com a fonte e o detector de raios-x Fonte: GARIB et al., 2007
O tempo de exame pode variar de 10 a 70 segundos (uma volta completa do
sistema), porém o tempo de exposição efetiva aos raios- x é bem menor, variando
de 3 a 6 segundos (GARIB et al., 2007).
2.2.3 Processamento computadorizado das imagens
Uma grande vantagem da TC odontológica é que os programas que executam
a reconstrução computadorizada das imagens podem ser instalados em
computadores convencionais, e não necessitam de uma Workstation como a TC
tradicional, apesar de ambas serem armazenadas na linguagem DICOM (Digital
imaging and communication in Medicine) (GARIB et al., 2007)
Desta maneira, se o profissional possuir o software específico instalado em seu
computador pessoal, ficará apto a manipular as imagens tridimensionais, segundo
a sua conveniência, assim como mostrá-la em tempo real aos pacientes (GARIB et
al., 2007).
As imagens de maior interesse ainda podem ser impressas e guardadas no
prontuário, como parte da documentação (GARIB et al., 2007).
65
Os programas de TC de feixe cônico, igualmente à TC tradicional, permitem a
reconstrução multiplanar do volume escaneado, ou seja, a visualização de imagens
axiais, coronais, sagitais e oblíquas, assim como a reconstrução em 3D (Figura
2.28). Adicionalmente, o programa permite gerar imagens bidimensionais, réplicas
das radiografias convencionais, como a panorâmica e as tele radiografias em
norma lateral e frontal, função denominada reconstrução multiplanar em volume,
que constitui outra importante vantagem da TC de feixe cônico (GARIB et al.,
2007).
Figura 2.28 - Reconstrução tridimensional (3D) em tomografia computadorizada de feixe cônico.
Fonte: GARIB et al., 2007
Os cortes axiais são selecionados pelo operador em uma visão lateral da
cabeça, semelhante ao scout, e são considerados reconstruções primárias ou
diretas. Cada corte contíguo pode apresentar uma espessura mínima inferior a
1mm. A partir do corte axial, obtêm-se as reconstruções secundárias, incluindo as
reconstruções coronais, sagitais, os cortes perpendiculares ao contorno dos
objetos, as reconstruções em 3D e as imagens convencionais bidimensionais
(GARIB et al., 2007).
Sobre todas essas imagens, o software ainda permite a realização de
mensurações digitais lineares e angulares, assim como colorir estruturas de
interesse como, por exemplo, o canal mandibular (GARIB et al., 2007).
O volume total da área escaneada apresenta um formato cilíndrico, de tamanho
variável, de acordo com a marca do aparelho, e compõe-se unitariamente pelo
voxel (GARIB et al., 2007).
Na TC de feixe cônico, o voxel é chamado de isométrico, ou seja, apresenta
altura, largura e profundidade de iguais dimensões. Cada lado do voxel apresenta
66
dimensão submilimétrica (menor que 1mm, geralmente de 0,119 a 0,4mm) e,
portanto, a imagem de TC apresenta muito boa resolução. Por esta razão, os
poucos estudos na área de validação da TC volumétrica para análises qualitativas
e quantitativas mostraram uma alta acurácia da imagem, além de boa nitidez. A
imagem da TC de feixe cônico distingue cada tecido do corpo analisado (GARIB et
al., 2007).
Os artefatos produzidos por restaurações metálicas são bem menos
significantes que na TC tradicional. A tecnologia da TC cone beam é muito nova e
a literatura ainda mostra poucas pesquisas dedicadas ao tema. Mais estudos sobre
acurácia/precisão e sensibilidade/especificidade ainda se fazem necessários
(GARIB et al., 2007).
Devido principalmente ao reduzido custo financeiro e à menor dose de
radiação, vislumbra-se um crescente uso e difusão da TC de feixe cônico
ocorrendo num futuro bem próximo em diversas áreas médicas, como importante
ferramenta de auxílio ao diagnóstico (GARIB et al., 2007).
Com a definição de novos conhecimentos gerados pela visão tridimensional
de diversas regiões do corpo humano, a expectativa é que a TC de feixe cônico
altere conceitos e paradigmas, redefinindo metas e planos terapêuticos na
medicina do diagnóstico.
2.3 Tomografia por Emissão de Pósitrons
A tomografia por emissão de pósitrons também conhecida pela sigla PET, é um
exame imagiológico da medicina nuclear que utiliza radionuclídeos que emitem um
pósitron aquando da sua desintegração, o qual é detectado para formar as imagens
do exame.
Utiliza-se glicose ligada a um elemento radioativo (normalmente Flúor
radioativo) e injeta-se no paciente. As regiões que estão metabolizando essa
glicose em excesso, tais como tumores ou regiões do cérebro em intensa atividade
aparecerão em vermelho na imagem criada pelo computador. Um exemplo de um
grande utilizador de glicose é o músculo cardíaco.
67
Um computador produz uma imagem tridimensional da área, revelando quão
ativamente as diferentes regiões do miocárdio estão utilizando o nutriente marcado.
A tomografia por emissão de pósitrons produz imagens mais nítidas que os demais
estudos de medicina nuclear.
A PET é um método de obter imagens que informam acerca do estado funcional
dos órgãos e não tanto do seu estado morfológico como as técnicas da radiologia
propriamente dita.
A PET pode gerar imagens em 3D ou imagens de "fatia" semelhantes à
Tomografia computadorizada.
2.3.1 Aspectos Físicos da Tomografia por Emissão de Pósitrons
A tomografia por emissão de pósitrons, ou PET, como o próprio nome diz, é
um mapa da distribuição de um radiofármaco emissor de pósitrons em um
determinado corte do corpo (ROBILOTTA, 2006).
O decaimento por emissão de pósitron pode ser descrito por,
,onde o radionuclídeo pai decai para o nuclídeo filho ,
com a subsequente emissão de um pósitron (β+) e de um neutrino (υ)
(ROBILOTTA, 2006).
A figura 2.29 ilustra o esquema de decaimento do para , o caminho
percorrido até a aniquilação do pósitron com um elétron do meio e a consequente
formação do par de fótons de 511 keV cada, em direções opostas. Esses fótons
são detectados externamente, e a informação é usada para a reconstrução das
tomografias (ROBILOTTA, 2006).
As imagens por emissão de pósitrons podem ser obtidas com dois tipos de
equipamento: os sistemas dedicados e os baseados em câmaras de cintilação
(ROBILOTTA, 2006).
Ambos utilizam a colimação eletrônica para registrar os eventos de coincidência,
isto é, os pares de fótons que forem detectados em diferentes posições, dentro de
um intervalo de tempo muito curto para caracterizar a coincidência, pré-definido
pelo fabricante, vão constituir esses eventos. A linha que une os dois fótons
68
detectados em coincidência define a linha de resposta, que é usada,
posteriormente, na reconstrução do corte tomográfico. Se os dois fótons detectados
provierem de uma mesma aniquilação, sem interagir com o meio, o evento é
chamado de coincidência verdadeira, e o local de aniquilação estará sobre a linha
de resposta (ROBILOTTA, 2006).
Figura 2.29: Tomografia por emissão de pósitrons (PET): esquema de decaimento do para e da aniquilação do pósitron com elétron e formação do par de fótons de 511 keV cada, em direções opostas.
Fonte: ROBILOTTA, 2006
Se os fótons forem originados de uma mesma aniquilação, porém um deles
tiver interagido com o meio, o local de aniquilação não estará mais sobre a linha de
resposta e o evento é denominado espalhado. Se ambos os fótons se originarem
de aniquilações diferentes, o par detectado definirá uma linha de resposta errada,
resultando em um evento aleatório. A figura 2.30 ilustra esses eventos para um
sistema dedicado, que é usado somente em estudos de PET (ROBILOTTA, 2006).
Figura 2.30: Esquema de detecção por coincidência (pares de fótons) em
sistemas dedicados de tomografia de emissão de pósitrons (PET) Fonte: ROBILOTTA, 2006
69
Os modernos sistemas de PET dedicados são formados por mais de 15 000
elementos de detecção, dispostos em anéis adjacentes, que vão registrar os
eventos de coincidência dentro de intervalos da ordem de 10 a 12 nanossegundos
(ROBILOTTA, 2006). Os elementos de detecção são pequenos cristais de
cintilação, BGO ou LSO, agrupados e acoplados a tubos fotomultiplicadores
(ROBILOTTA, 2006).
As saídas dos tubos vão alimentar um sistema complexo de análise,
discriminação e processamento que vai fornecer, no final, a imagem tomográfica
(ROBILOTTA, 2006).
Como muitas aniquilações ocorrem simultaneamente nos volumes que contêm o
radiofármaco, nem todos os eventos de coincidência registrados são formados por
fótons criados na mesma aniquilação (ROBILOTTA, 2006).
Assim, é necessário excluir ou minimizar os eventos não verdadeiros, para que a
imagem reconstruída represente da maneira mais próxima possível, a distribuição
original (ROBILOTTA, 2006).
Os sistemas baseados na câmara de cintilação são aqueles usados em SPECT
dotados de circuitos de coincidência, isto é, a colimação eletrônica é instalada entre
os dois detectores posicionados em oposição, permitindo o registro de eventos de
coincidência e a posterior reconstrução de imagens por emissão de pósitrons.
Assim, esse tipo de equipamento constitui uma alternativa ao custoso tomógrafo
dedicado, principalmente quando a demanda não for suficiente para seu uso
contínuo em PET. A grande diferença com relação ao tomógrafo dedicado está na
menor eficiência de detecção dos fótons de 511 keV pela câmara de cintilação.
Mesmo assim, em diversas situações, os resultados obtidos com sistemas
PET/SPECT fornecem informações clinicamente importantes (ROBILOTTA, 2006).
Ambos os sistemas, dedicado ou não, permitem a aquisição de informações nos
modos 2D e 3D (ROBILOTTA, 2006).
Os algoritmos de reconstrução mais utilizados são os iterativos e
implementados em 2D. No caso de aquisição 3D, os dados registrados são
reamostrados para que se possa aplicar a reconstrução 2D, que é menos custosa
computacionalmente (ROBILOTTA, 2006).
70
Várias correções são essenciais para se garantir a qualidade das imagens
reconstruídas: de decaimento, devido à meia-vida física curta do F; de atenuação e
espalhamento, para reduzir os efeitos resultantes de interações dos fótons de 511
keV com os tecidos; de eventos de coincidência aleatórios, que alocam
erroneamente as origens das aniquilações; além de outras de menor impacto.
Normalizações também devem ser realizadas para compensar a resposta não
uniforme do sistema de formação de imagens. Algumas dessas correções são
implementadas no hardware, enquanto que outras são executadas via software,
podendo ser incorporadas no próprio algoritmo de reconstrução (ROBILOTTA,
2006).
É essencial que testes de calibração e controle de qualidade sejam executados
periodicamente, para garantir a confiabilidade e a qualidade dos resultados, em
especial se forem almejadas quantificações (ROBILOTTA, 2006).
2.3.2 O Equipamento
A imagem da PET é formada pela localização da emissão dos pósitrons pelos
radionuclídeos fixados nos órgãos do paciente. Contudo como o pósitron é a
partícula de antimatéria do eléctron, ele rapidamente se aniquila com um dos
inúmeros elétrons das moléculas do paciente imediatamente adjacente à emissão,
não chegando a percorrer nenhuma distância significativa. É assim impossível
detectar os pósitrons diretamente com o equipamento. Contudo, a aniquilação
pósitron-eléctron gera dois raios gama com direções opostas e cuja direção e
comprimento de onda podem ser convertidos na posição, direção e energia do
pósitron que os originou, de acordo com as leis da Física (ROBILOTTA, 2006).
No exame PET (figura 2.31) detectores de raios gama (câmera gama) são
colocados em redor do paciente. Os cálculos são efetuados com um computador, e
com a ajuda de algoritmos semelhantes aos da TAC, o computador reconstrói os
locais de emissão de pósitrons a partir das energias e direções de cada par de
raios gama, gerando imagens tridimensionais (que normalmente são observadas
pelo médico enquanto série de fotos de fatias do órgão, cada uma separada por
5mm da seguinte). Os PETs e TACs da mesma área são frequentemente lidos em
simultâneo para correlacionar informações fisiológicas com alterações morfológicas
(ROBILOTTA, 2006).
71
Figura 2.31: Esquema do processo do exame PET
Fonte: ROBILOTTA, 2006
2.3.3 Radionuclídeos
Os radionuclídeos usados na PET são necessariamente diferentes dos usados
nos restantes exames da medicina nuclear, já que para esta última é importante à
emissão de fotões gama, enquanto a PET se baseia no decaimento daqueles
núcleos que emitem positrões (ROBILOTTA, 2006).
Flúor-18: marca a Fluorodeoxiglicose radioativa que é um análogo da Glicose. É usado para estudar o metabolismo dos órgãos e tecidos. Semividas de 2 horas.
Nitrogénio-13: é usado para marcar amónia radioativa que é injetada no sangue para estudar a perfusão sanguínea de um órgão (detecção de isquemia e fibrose, por exemplo).
Carbono-11
Oxigénio-15: usado em estudos do cérebro.
Rubídio-82: é usado em estudos de perfusão cardíacos (ROBILOTTA, 2006).
Hoje em dia é frequente a combinação dos exames PET e TAC do mesmo
órgão. Existem equipamentos que permitem efetuar ambos os exames
simultaneamente (ROBILOTTA, 2006).
72
O exame de PET é uma técnica intensiva apenas praticada nos hospitais
centrais. É necessário um cíclotron para produzir continuamente o Flúor-18, que
tem uma semivida curta de apenas algumas horas (ROBILOTTA, 2006).
Apesar de ser um exame caro, o exame PET é vantajoso quando incluído nos
protocolos para diagnósticos de diversas enfermidades, principalmente em
oncologia. Como pode substituir vários outros exames, o PET ao final se torna mais
barato. Além de ser uma das mais modernas e eficazes técnicas de diagnóstico por
imagem, seu custo-benefício pode ser também ressaltado quando evita processos
invasivos, como biópsias, eliminando assim os riscos inerentes a estes
procedimentos (ROBILOTTA, 2006).
2.4 O Padrão DICOM
Imagens médicas não têm sentido sozinhas, isto é, somente a imagem sem
informações, como por exemplo: a quem pertencem à data de realização do exame
e onde foi realizado, não são úteis, pois não pode ser associada a paciente algum
(MARTINS JUNIOR, 2006).
Ainda segundo Martins Junior (2006), são necessários dados do paciente e
da aquisição das imagens, para que estas possam ser úteis aos profissionais de
saúde, além do mais, o paciente pode ter feito vários exames, que geraram
diversas imagens as quais estejam relacionadas entre si, e possuam diagnósticos
adicionais. Todas estas informações devem fazer parte do prontuário do paciente,
isto é, o prontuário é um diário clínico do paciente, onde são armazenadas todas as
suas informações médicas, as imagens relativas aos exames realizados, com os
respectivos diagnósticos e medicamentos prescritos, além de informações pessoais
e dados antropométricos.
Existiam vários formatos de imagens (TIFF, JPEG, GIF, etc.), porém eles
não atendiam as necessidades, pois a quantidade de informações era bastante
reduzida, não se mostrando adequados para o fim que se desejavam, que era o de
auxiliar o médico no tratamento de enfermidades. A solução para este problema
seria um novo padrão de arquivo de imagens que pudesse conter todas as
informações necessárias (MARTINS JUNIOR, 2006).
73
O número de equipamentos de imagens médicas aumentou, porém como
eram de fabricantes distintos a sua integração tornou-se complicada, pois havia
necessidade de se conhecer o formato dos arquivos das imagens de cada um, bem
como o protocolo de comunicação entre os equipamentos, a fim de que fosse
desenvolvido um programa que pudesse servir de interface entre equipamentos
diferentes. A solução para este problema seria a padronização do formato dos
arquivos de imagens, bem como do protocolo de comunicação, a fim de que
imagens de equipamentos distintos pudessem ser intercambiadas (MARTINS
JUNIOR, 2006).
O Padrão DICOM (Digital Imaging and Communication in Medicine) é uma
especificação detalhada que descreve um meio de formatar e trocar imagens e
informações associadas, tanto dentro de hospitais quanto fora, utilizando a Internet
(MARTINS JUNIOR, 2006).
É um padrão surgido das necessidades entre usuários e fabricantes,
desenvolvido com a finalidade de criar formatos comuns de imagens médicas
digitais, um protocolo comum de troca de dados e uma estrutura de arquivos. Ele
foi desenvolvido para permitir que imagens geradas por equipamentos médicos,
tais como: Tomografia Computadorizada, Ressonância Magnética, Medicina
Nuclear, Ultrassonografia, Radiologia, Angiografia, etc., pudessem ser
compartilhadas, independente do fabricante. Para tanto, este padrão define qual a
estrutura dos arquivos que contém as imagens, para que estas imagens possam
ser: armazenadas em um servidor, transmitidas através de uma rede de
computadores e disponibilizadas aos usuários, para visualização na tela dos
equipamentos, de computadores ou impressas em impressoras. A Figura 2.29
ilustra o padrão (MARTINS JUNIOR, 2006).
Hoje em dia, o Padrão DICOM está sendo implementado em um grande
número de equipamentos médicos de fabricantes variados. A rápida adoção do
padrão pelas indústrias tem aberto novas oportunidades para as organizações que
cuidam da saúde de aumentar o custo efetivo do cuidado com o paciente
(MARTINS JUNIOR, 2006).
74
Figura 2.32 - Representação Gráfica do Padrão DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
2.4.1 Partes do Padrão
O padrão, segundo Martins Junior (2006), é estruturado para acomodar o
acréscimo de novos serviços, facilitando desta maneira a suporte à introdução de
futuras aplicações de imagens médicas, isto é, ele é muito dinâmico estando em
constante mudança.
A atual versão, DICOM 3.0 é organizado em partes, cada uma das quais diz
respeito a um assunto específico, como será visto adiante. A divisão em partes
facilita as alterações no padrão, pois a alteração ocorre somente na parte afetada,
enquanto as demais permanecem inalteradas (MARTINS JUNIOR, 2006).
O padrão possui, atualmente, 18 partes, das quais 2 estão obsoletas. Elas são as
seguintes:
Introdução e Visão Geral (Introduction and Overview): Apresenta uma visão geral de todo o padrão. Ela descreve o histórico, o escopo, os objetivos e a estrutura do padrão. Além de conter uma breve descrição do conteúdo de cada parte do DICOM 3.0.
75
Conformidade (Conformance): Apresenta os requisitos que devem ser seguidos pelas implementações de sistemas DICOM, de modo que estes sistemas estejam realmente de acordo com o padrão, e possam, consequentemente, terem interoperabilidade. Esta parte não especifica testes de validação para sistemas que se dizem DICOM.
Definição dos Objetos de Informação (Information Object Definition): Apresenta os Objetos de Informação que são uma definição abstrata das entidades do mundo real aplicáveis às imagens médicas digitais e as informações relacionadas a estas imagens. Cada definição de um Objeto de Informação consiste da descrição do seu propósito e dos atributos que o definem. A Definição de um Objeto de Informação não inclui os valores dos atributos que fazem parte de sua definição, pois quando os atributos possuem valores temos instâncias e não objetos.
Especificação das Classes de Serviços (Service Class Specification): Apresenta a definição das Classes de Serviço. Uma Classe de Serviço associa um ou mais Objetos de Informação com um ou mais Comandos (Commands) que podem ser executados sobre estes objetos. Estas Classes de Serviço definem os requerimentos para os Elementos de Comando (Command Elements) e como os Comandos resultantes são aplicados aos Objetos de Informação. As especificações das Classes de Serviço definem requerimentos tanto para o provedor como para o usuário dos serviços de comunicação.
Estrutura de Dados e Codificação (Data Structures and Enconding): Apresenta a especificação de como as aplicações DICOM devem construir e codificar as informações do Conjunto de Dados (Data Set), que são resultantes dos Objetos de Informação e das Classes de Serviços definidas. Nesta parte, são definidas as regras de codificação necessárias para a construção de um Fluxo de Dados (Data Stream), que será transportado por uma Mensagem (Message). Este Fluxo de Dados é composto por Elementos de Dados (Data Elements) que compõem o Conjunto de Dados.
Dicionário de Dados (Data Dictionary): É o registro centralizado que define a coleção de todos os Elementos de Dados DICOM disponíveis para representar informações, bem como os códigos das etiquetas (Tag), que identificam de maneira única cada elemento de dado, juntamente com os elementos utilizados para a codificação de mídia intercambiável e uma lista de itens de identificadores únicos (UID) que são determinados pelo padrão.
Troca de Mensagens (Message Exchange): Especifica os serviços e os protocolos utilizados por uma aplicação em um ambiente de imagens médicas para trocar Mensagens utilizando os serviços que dão suporte à comunicação. A Mensagem é composta de um Fluxo de Comando (Command Stream) definido nesta parte seguido por um Fluxo de Dados (Data Stream) que pode ser opcional.
Suporte a Comunicação em Rede para Troca de Mensagens (Network Communication Support for Message Exchange): Especifica os serviços de comunicação e os protocolos das camadas superiores necessários para suportar, em um ambiente de rede, a comunicação entre aplicações DICOM. Estes serviços de comunicação e protocolos garantem que a comunicação entre as aplicações seja executada de uma maneira eficiente e coordenada, através da rede. Estes serviços são referenciados como Serviços de Camadas Superiores (Upper Layer Service), e permitem que dois pares de aplicações estabeleçam associações, transfiram mensagens e terminem associações. Esta definição de Serviços de Camadas
76
Superiores especifica o uso de um Protocolo de Camada Superior DICOM em conjunto com o protocolo de transporte TCP/IP.
Armazenagem em Mídia e Formato de Arquivos para Troca de Mensagens (Media Storage and File Format for Media Interchange): Especifica um modelo geral para a armazenagem de informações de imagens médicas em um meio de armazenamento. O propósito desta parte é prover uma estrutura que permita a troca de vários tipos de imagens médicas e informações relacionadas sobre uma grande quantidade de mídias de armazenamento físico.
Perfis de Aplicações da Armazenagem em Mídia (Media Storage Application Profile): Especifica um subconjunto específico de aplicações do padrão DICOM para o qual uma implementação deve estar em conformidade.
Funções de Armazenamento e Formatos de Mídia para Troca de Dados (Media Formats and Physical Media for Media Interchange): Esta parte facilita a troca de informação entre aplicações em um ambiente médico, por meio da especificação de uma estrutura que descreve o relacionamento entre o modelo de armazenagem no meio e uma especificação do meio físico e seu formato e características físicas do meio e os formatos associados.
Função de Apresentação de Padrões de Escalas de Cinza (Grayscale Standard Display Function): Especifica uma função padronizada de apresentação de imagens em escala de cinza. Esta função provê métodos para a calibração de um sistema de apresentação particular com o propósito de apresentar imagens consistentemente em diferentes meios, tais como: monitores e impressoras.
Perfis de Segurança e Gerenciamento do Sistema (Security and System Management Profiles): Especifica segurança e perfis de gerenciamento do sistema, aos quais as implementações, têm que estar em conformidade. A segurança e os perfis são definidos por protocolos padronizados externamente, isto é, o padrão utiliza protocolos já consagrados, tais como: DHCP, LDAP, TSL, etc. Protocolos de segurança devem usar chave pública e “smartcard”. A Criptografia de dados pode utilizar vários esquemas de criptografia de dados padronizados.
Recurso de Mapeamento de Conteúdo (Content Mapping Resource): Especifica o Recurso de Mapeamento do Conteúdo DICOM que define os templates e os grupos de contexto usados no padrão. Isto é, esta parte define os modelos padrões de nomes, tipos de valores, multiplicidade, etc., que as aplicações devem utilizar para estarem de acordo com o padrão. Templates são os padrões que especificam os Nomes (Concept Names), Requerimentos (Requirements), Condições (Conditions), Tipos de Valores (Value Types), Valores de Multiplicidade (Multiplicity Value), restrições ao Conjunto de Valores (Value Set restrictions), Tipos de Relacionamento (Relationship Types) e outros atributos dos Itens do Conteúdo (Content Items) de uma determinada aplicação.
Informações Explicativas (Explanatory Information): Especifica anexos informativos e normativos contendo informações explicativas a respeito do Padrão.
Acesso à Web para Objetos DICOM Persistentes (Web Access to DICOM Persistent Objects – WADO): Especifica um serviço baseado em web para acessar e apresentar objetos DICOM persistentes. O objetivo é a distribuição de resultados e imagens para profissionais de saúde. Ele provê um mecanismo simples para acessar objetos DICOM por páginas
77
HTML ou documentos XML, através de protocolos HTTP/ HTTPS, usando DICOM UIDs. Os dados podem ser recuperados na forma pronta para a visualização (JPEG ou GIF) ou no formato DICOM nativo (MARTINS JUNIOR, 2006).
2.4.2 Correspondência Entre as Tecnologias Usadas na Definição do Padrão e
o Padrão
Nesta parte serão apresentadas as correspondências entre as tecnologias
utilizadas na definição do padrão e o padrão propriamente dito (MARTINS JUNIOR,
2006).
Segundo Martins Junior (2006), um dispositivo DICOM pode ser cliente,
servidor ou ambos, porém na terminologia do padrão o cliente é chamado Usuário
da Classe de Serviço (Service Class User - SCU) e o servidor é o Provedor da
Classe de Serviço (Service Class Provider – SCP).
No caso de uma transferência de dados entre um SCU e um SCP os passos
são os seguintes: Inicia-se uma associação, isto é, há um pedido de conexão
através da rede e o pedido é aceito, os dados são transferidos e termina-se a
associação, isto é, encerra-se a conexão de rede (MARTINS JUNIOR, 2006).
A Figura 2.33 apresenta o processo cliente / servidor descrito acima.
Figura 2.33 - Arquitetura Cliente / Servidor no DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
O MER foi utilizado no desenvolvimento do padrão para se definir as
entidades e os relacionamentos envolvidos na descrição do DICOM. As entidades
78
seriam os IODs e seus atributos, porém devido ao número muito grande de
atributos e a fim de não carregar muito a figura, o DICOM apresenta o modelo sem
os atributos. A Figura 2.34 apresenta um exemplo de utilização do MER pelo
padrão. Nesta figura, as entidades Paciente, Estudos, Séries e Imagens
representam IODs do padrão. Um Paciente possui um ou mais Estudos, um Estudo
possui uma ou mais Séries e uma Série possui uma ou mais Imagens (MARTINS
JUNIOR, 2006).
Figura 2.34 - MER utilizado no DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
A orientação a objeto prove um caminho para descrever não apenas a
informação, mas também o que fazer com a informação, ou como os programas de
computador acessariam as informações relativas a uma determinada coleção de
objetos. Em um projeto orientado a objeto, métodos são associados com os objetos
definidos. DICOM faz uso destes conceitos pela definição de serviços tais como
“storage image” ou “get patient information”. Estes serviços são implementados no
79
padrão utilizando-se construtores conhecidos como operações ou notificações.
DICOM define um conjunto de operações genéricas e notificações que são
chamadas de elementos de serviço de mensagem DICOM (DICOM Message
Service Element - DIMSE). A combinação de um objeto de informação e dos
serviços a ele relacionados é chamada de par serviço-objeto (Service Object Pair -
SOP). Um objeto de informação deve ser usado com um conjunto de serviços,
resultando em uma classe SOP (MARTINS JUNIOR, 2006).
A Tabela 2.4 mostra uma analogia entre a construção de uma sentença e os
itens correspondentes no DICOM. Os itens à esquerda das setas representam
partes de uma sentença, os à direita os conceitos análogos no DICOM. O verbo
“armazenar” define uma ação a ser executada, que é equivalente ao serviço
DICOM carregado no Elemento de Serviço de Mensagem DICOM. O nome
“Imagem CT”, indica que se trata de uma imagem de uma Tomografia
Computadorizada, sobre a qual serão realizadas as ações e equivale a Definição
de um Objeto de Informação no DICOM (IOD). A sentença genérica “Armazenar a
Imagem CT” corresponde à Classe Par Objeto-Serviço do DICOM (SOP). A
sentença específica “Armazenar esta Imagem CT” corresponde a uma instância no
DICOM, porque se refere a uma Imagem CT definida, que corresponde no DICOM
a uma Instância do Par Objeto-Serviço (MARTINS JUNIOR, 2006).
Tabela 2.4 - Analogia entre construção de uma sentença e o DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
A classe SOP representa a unidade elementar da funcionalidade do DICOM.
Pela especificação da classe SOP, a qual uma implementação tem que ter
conformidade e as funções que um dispositivo que possua conformidade com o
Sentença Correspondência no DICOM
Verbo: Armazenar
Serviço (DIMSE)
Nome : Imagem CT
Definição de um Objeto de Informação (IOD)
Sentença Genérica: Armazenar a Imagem CT
Classe SOP
Sentença Específica: Armazenar esta Imagem CT
Instância SOP
80
padrão tem que suportar, é possível definir um subconjunto único de
funcionalidades DICOM que inclua os tipos de mensagem a serem trocadas, os
dados transferidos nestas mensagens e a semântica do contexto no qual os dados
serão usados. Um dispositivo deve, para uma classe SOP particular, ter uma ou
duas funções: ser um provedor da classe de serviço (SCP) ou um usuário da
classe de serviço (SCU). Para a combinação de classe SOP e funções, o padrão
define um conjunto básico de comportamentos padrões que definem as
comunicações, tal como, qual o dispositivo que deve iniciar a conversação
(MARTINS JUNIOR, 2006).
O DICOM é orientado a objeto, pois trabalha com o Par Serviço/Objeto
(Service/Object Pair - SOP), que nada mais é do que a Definição de um Objeto de
Informação (Information Object Definition – IOD), definido por meio de seus
atributos, e as operações que podem ser executadas sobre este Objeto de
Informação, definidas no padrão como serviços, logo, o SOP é a combinação da
Definição de um Objeto de Informação com os serviços que podem ser executados
sobre ele (MARTINS JUNIOR, 2006).
A figura 2.35 ilustra o SOP.
Figura 2.35 - Par Objeto/Serviço – SOP Fonte : MARTINS JUNIOR, 2006
81
2.4.3 A Estrutura Maior do Modelo de Informação DICOM
A Estrutura Maior do Modelo de Informação DICOM define a estrutura e a
organização das informações relacionadas à comunicação de imagens médicas
(MARTINS JUNIOR, 2006).
O modelo inicia com a especificação da classe de serviço, que vai definir a
função que será realizada em uma relação cliente/servidor, as quais serão
realizadas por classes SOP, que são compostas por um grupo de serviços e pela
definição do objeto de informação, da mesma maneira que ocorre na orientação a
objeto, onde as classes são compostas por funções membro, ou métodos, e por
membros de dados, ou atributos dos objetos, sobre os quais agem as funções
membro, o grupo de serviços, que é um grupo de serviços DIMSE ou serviços de
armazenamento em mídia, são aplicados sobre uma definição do objeto de
informação, que contém atributos (MARTINS JUNIOR, 2006).
A figura 2.36 apresenta a estrutura geral do modelo.
Figura 2.36 – Estrutura Geral do Modelo de Informação DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
82
As Especificações de Classes de Serviço definem um grupo de uma ou mais
Classes SOP relacionadas a uma função específica a ser executada por Entidades
de Aplicação que interagem. As aplicações devem fazer uso das Classes SOP,
como Usuário da Classe de Serviço (SCU), assumindo o papel de cliente, ou como
Provedor da Classe de Serviço (SCP), como servidor (MARTINS JUNIOR, 2006).
Como pode ser observado, a interação entre as Entidades de Aplicação ocorre
de acordo com o modelo cliente/servidor, onde o SCU age como cliente e o SCP
como servidor. As funções SCU/SCP são definidas durante o estabelecimento da
associação entre as Entidades de Aplicação (MARTINS JUNIOR, 2006).
Uma Classe SOP é definida pela união de uma Definição de um Objeto de
Informação e de um Grupo de Serviços DIMSE. A definição da Classe SOP contém
as regras e a semântica que devem restringir o uso dos serviços no Grupo de
Serviços DIMSE e/ou os atributos do IOD (MARTINS JUNIOR, 2006).
Como, uma Especificação de uma Classe de Serviço pode envolver uma ou
mais Classes SOP, ela pode ter um ou mais IOD e um ou mais Grupos de
Serviços, isto depende apenas da função específica a ser executada pelas
Entidades de Aplicação (MARTINS JUNIOR, 2006).
A seleção das Classes SOP é utilizada pelas Entidades de Aplicação, para
estabelecer quais as capacidades suportadas pela interação entre elas. Esta
negociação é realizada durante o estabelecimento da associação (MARTINS
JUNIOR, 2006).
São definidos dois tipos de classes SOP, Normalizadas ou Compostas. As
Classes Normalizadas são definidas como a união de um IOD Normalizado com
um conjunto de Serviços DIMSE-N. As Compostas são definidas como a união de
um IOD Composto com um conjunto de Serviços DIMSE-C (MARTINS JUNIOR,
2006).
Nos Grupos de Serviços são definidos os serviços que são utilizados pelas
Classes SOP, o que, no modelo de orientação a objeto significa dizer que os
serviços são os métodos, ou as funções membro, que definem as operações ou
notificações que poderão ser realizadas sobre os IOD (MARTINS JUNIOR, 2006).
83
Ele é constituído por dois tipos de serviços, os Serviços DIMSE e os Serviços
de Armazenamento em Mídia (MARTINS JUNIOR, 2006).
Nos Serviços DIMSE ou serviço de armazenamento em mídia, os Serviços
DIMSE, são serviços de comunicação on-line, isto é, invocam uma operação ou
uma notificação utilizando uma rede de dados ou uma interface ponto-a-ponto. E o
segundo, os Serviços de Armazenamento em Mídia, é utilizado por Entidades de
Aplicação que realizam operações relacionadas a armazenamento em mídia, isto é,
criação de arquivos e diretórios, armazenamento e recuperação destes arquivos
em meios magnéticos ou ópticos, por isto, chamados serviços off-line (MARTINS
JUNIOR, 2006).
Existem dois tipos de serviços DIMSE, o DIMSE-C que são somente os DIMSE
aplicados a IODs Compostos, realizando somente serviços de operação, e o
DIMSE-N que são aplicados apenas a IODs Normalizados, e realizam serviços de
operação e notificação (MARTINS JUNIOR, 2006).
2.4.4 Modelo de Informação DICOM
O processo de modelagem do padrão começou com a tarefa de definir os
requisitos de interface entre um Sistema de Comunicação e Arquivamento de
Imagens (PACS), um Sistema de Informações Hospitalares (HIS) e um Sistema de
Informações Radiológicas (RIS). O processo de definição requereu que as
operações em radiologia, basicamente imagens, fossem modeladas
apropriadamente de maneira que as necessidades do HIS ou RIS pudessem ser
determinadas em conjunto com o que seria feito com aquela informação no PACS
(MARTINS JUNIOR, 2006).
O DICOM 3.0, é definido por meio de explícitos e detalhados modelos que
descrevem como as “coisas” (pacientes, imagens, relatórios, etc.) envolvidas nas
operações médicas são descritas e como elas estão relacionadas. Ele utiliza
Modelos Entidade/Relacionamento (MER) que são o caminho para se ter certeza
que os fabricantes e os usuários entendem o padrão e são capazes de desenvolver
as estruturas de dados utilizadas no DICOM, no desenvolvimento de suas
aplicações, de modo que sejam compatíveis com o padrão (MARTINS JUNIOR,
2006).
84
A vantagem destes modelos é que eles mostram claramente os itens de dados
requeridos em um dado cenário que está sendo modelado, como estes itens
interagem e como eles estão relacionados (MARTINS JUNIOR, 2006).
A Figura 2.37 apresenta o Modelo de Aplicação DICOM, representado através
de um Diagrama Entidade/Relacionamento (MARTINS JUNIOR, 2006).
Ele apresenta os vários IODs do padrão e seus relacionamentos. Nem sempre
existe uma correspondência um-para-um entre as Definições dos Objetos de
Informação DICOM e os Objetos do Mundo Real. Por exemplo, um IOD composto
contém atributos de múltiplos objetos tais com: séries, equipamentos, estudo e
paciente (MARTINS JUNIOR, 2006).
No Diagrama Entidade/Relacionamento, cada retângulo representa um IOD,
que pode ser composto ou normalizado, os losangos representam o
relacionamento entre as entidades, às linhas representam as conexões entre as
entidades e os relacionamentos, as setas dão uma ideia de hierarquia, não
necessariamente o movimento da informação e os números próximos às linhas
representam a cardinalidade (MARTINS JUNIOR, 2006).
Apesar de cada retângulo ser uma representação abstrata de um IOD, na
verdade, ele se refere a uma Classe SOP, logo, existem serviços que são
realizados sobre estes IODs, e que definem uma determinada função a ser
realizada, dependendo do contexto (MARTINS JUNIOR, 2006).
85
Figura 2.37 - Modelo de Informação DICOM
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
A importância da modelagem vem da necessidade de se conhecer o contexto
da informação quando se considera comunicações em rede. Em uma comunicação
ponto-a-ponto, o usuário sabe exatamente em qual dispositivo ele está conectado e
quais as suas capacidades, mas em um ambiente de rede, vários dispositivos
podem fazer parte da rede e alguns deles podem ser reconfigurados
dinamicamente para manipular cargas de dados ou tarefas diferentes. Isto significa
que nem sempre é possível saber o que o dispositivo com o qual se está
comunicando pode fazer. Logo, os dispositivos têm que negociar para estabelecer
um protocolo comum a fim de que a comunicação necessária seja possível, de
modo que as tarefas solicitadas pelo usuário sejam executadas (MARTINS
JUNIOR, 2006).
Esta abordagem de desenvolvimento de estruturas de dados baseadas em
modelos e análises de versões abstratas de entidades do mundo real utilizadas nos
modelos é o projeto orientado a objeto. Os objetos são as entidades (ou coleção de
entidades) definidas pelo modelo. A descrição das características de cada entidade
são os atributos (MARTINS JUNIOR, 2006).
86
O DICOM chama os objetos baseados nestes modelos de Objetos de
Informação (IOs) e os modelos e as tabelas que definem os atributos de Definição
dos Objetos de Informação (IODs). As entidades apresentadas no modelo são
abstrações. Se valores reais forem atribuídos aos atributos, a entidade é chamada
de Instância (MARTINS JUNIOR, 2006).
2.4.5 PACS - Sistema de Armazenamento e Comunicação de Imagens
Num ambiente hospitalar, as imagens mais comuns em estudo são os
Raios-X, compreendendo aproximadamente 70% do total. Atualmente se produzem
imagens de radiografia computadorizada (CR), tomografia computadorizada (CT),
ressonância magnética (MRI), ultrassonografia, medicina nuclear (NMI) e
angiografia de subextração digital (DAS), entre outras que ocupam 30% do restante
(MARTINS JUNIOR, 2006).
A grande quantidade de imagens, produzidas para diagnóstico, requer um
complicado manejo, quando depende de armazenamento em arquivo. Uma
alternativa de manipular imagens digitais, de forma eficiente, é através de
dispositivos conectados em rede, que, em conjunto, oferecem uma série de
serviços que dão suporte a operacionalidade no ambiente médico. Para obter uma
boa aceitação nos resultados médicos, deve considerar-se a facilidade, rapidez,
segurança, acesso e a qualidade de apresentação das imagens (MARTINS
JUNIOR, 2006).
O uso de sistemas de comunicação e armazenamento de imagens, também
chamados de PACS, são sistemas capazes de armazenar, recuperar e manter
informações. Neste contexto, informações podem ser constituídas por textos,
imagens, vídeos ou composições destes tipos. Já os dados sob a forma textual são
de responsabilidade do HIS (Hospital Information Systems) administrar o fluxo de
informações referentes ao paciente (MARTINS JUNIOR, 2006).
Devido à portabilidade e adequação a qualquer tipo de imagens, os PACS
devem ser criados seguindo alguns critérios desenvolvidos por vários fabricantes,
devido a grande quantidade de diferentes sistemas operacionais, ou seja,
evoluindo uma arquitetura aberta com diversos equipamentos agrupados em uma
topologia distribuída (MARTINS JUNIOR, 2006).
87
Ainda segundo Martins Junior (2006), diante destas características e a extensibilidade dos PACS, é necessário encontrar ferramentas de manipulação, processamento e armazenamento da imagem para serem inseridas no contexto de novas tecnologias. É necessário introduzir sistemas que realizem o manejo de imagens, baseado na importância das necessidades de integrar o hospital a este tipo de sistema. Com isso, o ambiente hospitalar precisa estar disposto a explorar alguns pontos, como:
Registros de admissão de um paciente; Quantidade de pacientes atendidos no serviço de radiologia; Relação paciente e hospital; Manipulação de imagens médicas de diferentes áreas do conhecimento; Existência de outros sistemas de informações existentes no hospital; Mecanismo de pesquisa e estudo do serviço de radiologia; Diferenciar áreas do hospital que querem consultar as imagens; Diferenciar áreas físicas envolvidas; Retornar problemas de informações perdidas; Localizar informação quando o paciente sai do hospital; Proporcionar consultas posteriores da informação; Intercâmbio de informações com outros hospitais (MARTINS JUNIOR, 2006).
Para abranger as necessidades descritas acima se requer um conjunto de
dispositivos, cujas responsabilidades são oferecer suporte a todos os elementos
operacionais do ambiente que trata com imagens. Esta necessidade cria uma
tecnologia de multimídia que tem, como foco, a descoberta em beneficio de
procedimentos para o diagnóstico. A integração de PACS e HIS visa fornecer de
forma transparente para a equipe a médica um conjunto de informações composto
por dados e imagens do paciente para a formação do diagnóstico (MARTINS
JUNIOR, 2006).
Os sistemas PACS utilizam vários componentes (hardware e software) com
funções específicas para poder integrar o ambiente médico com os vários tipos de
dados oriundo dos pacientes. Sistemas PACS, como mostra a figura 2.38 são
constituídos de vários componentes e serviços compartilhados, oferecendo um
ambiente de visualização e armazenamento de imagens. Estes componentes se
integram a partir de uma rede de computadores e equipamentos criando um
ambiente Cliente/Servidor, a fim de oferecer um serviço onde são conectados todas
as modalidades de imagem em radiologia com o objetivo de eliminar o filme
(MARTINS JUNIOR, 2006).
88
Figuras 2.38: Componentes de PACS em ambiente Cooperativo Cliente/Servidor
Fonte: MARTINS JUNIOR, 2006
O manejo de informações dentro do ambiente de saúde, conforme Martins Junior
(2006), por meio de uma rede de computadores, surgiu inicialmente, com o objetivo
de desenvolver tecnologias de visualização. Diante disso, o PACS tem como
objetivo o armazenamento de imagens, a rapidez de acesso e transmissão das
imagens médicas de forma que a sua utilização possa trazer uma qualidade no
serviço de saúde com o mínimo de custo.
Nestes últimos anos, a busca em grande escala de bancos de dados de
imagens tem atraído à atenção da comunidade de informática. Há algum tempo
atrás a capacidade de armazenamento em ambiente de redes eram grandes
desafios e deixam a desejar reduzindo a velocidade, dos dispositivos de exibição
visuais. A penetração de mercado era muito baixa para a maioria das ferramentas
voltadas para o desenvolvimento de banco de dados de imagens (MARTINS
JUNIOR, 2006).
Recentes aumentos na capacidade de armazenamento, em ambiente de redes,
trouxeram um poder de processamento e resolução na exibição e deram um
impulso ao crescimento no desenvolvimento de bancos de dados de imagens,
fazendo que o PACS atinja uma evolução no seu conteúdo. Literalmente, centenas
de projetos, como a vídeo-endoscopia e vídeo-microscopia, começaram nos
últimos anos a ser desenvolvidos (MARTINS JUNIOR, 2006).
89
Os PACS são constituídos de alguns módulos básicos:
Identificação: identifica o paciente, data do exame e as características da imagem; Aquisição da imagem: obtenção, seleção e armazenamento da imagem; Comunicação: comunicação, transmissão e transporte da imagem; Extração de característica: digitalização da imagem, levando em conta os aspectos visuais; Resultados gráficos: parâmetros digitalizados e suas características fisiológicas; Estudo comparativo: comparação simultânea entre vários estudos feitos de imagens para tornar uma análise mais próxima entre resultados anteriores; Apresentação: mostrar os resultados obtidos para uma posterior apresentação (MARTINS JUNIOR, 2006).
Conforme Martins Junior (2006), PACS são sistemas de informação com
suporte a imagens, que permitem a definição e manipulação uniforme da
informação, contida em elementos textuais e gráficos, na forma de imagens, vídeos
e som. Para uma caracterização precisa dos requisitos de sua funcionalidade,
devemos considerar as etapas básicas envolvidas em sua construção, seguindo
um conjunto de definições esquemáticas bem com toda a estrutura de
reconhecimento de padrões, recuperação, estruturação e organização das
imagens. Sua integração com o sistema DICOM, permite que, em um ambiente
médico, o uso de imagens seja muito mais dinâmico, eficiente e econômico. E
embora não seja o foco principal dessa monografia, o desenvolvimento de
aplicações voltadas para os PACS, merece um estudo mais aprofundado, no
futuro.
90
3 CÂNCER
O câncer é um importante problema de saúde pública em países desenvolvidos
e em desenvolvimento, sendo responsável por mais de seis milhões de óbitos a
cada ano, representando cerca de 12% de todas as causas de morte no mundo
(GUERRA et al., 2005).
Embora as maiores taxas de incidência de câncer sejam encontradas em países
desenvolvidos, dos dez milhões de casos novos anuais de câncer, cinco milhões e
meio são diagnosticados nos países em desenvolvimento. (GUERRA et al., 2005).
O processo global de industrialização, ocorrido principalmente no século
passado, conduziu a uma crescente integração das economias e das sociedades
dos vários países, desencadeando a redefinição de padrões de vida com
uniformização das condições de trabalho, nutrição e consumo. Paralelamente, deu-
se uma significativa alteração na demografia mundial, devido à redução nas taxas
de mortalidade e natalidade com aumento da expectativa de vida e envelhecimento
populacional (GUERRA et al., 2005).
Este processo de reorganização global determinou grande modificação nos
padrões de saúde-doença no mundo. Tal modificação, conhecida como transição
epidemiológica, foi caracterizada pela mudança no perfil de mortalidade com
diminuição da taxa de doenças infecciosas e aumento concomitante da taxa de
doenças crônico-degenerativas, especialmente as doenças cardiovasculares e o
câncer. Esta transformação do perfil epidemiológico das populações vem tornando-
se, ao longo dos anos, cada vez mais complexa e de difícil entendimento, em
função do aparecimento de novas doenças e o ressurgimento de antigos agravos à
saúde: AIDS/HIV, malária, dengue, tuberculose, entre outros, no cenário da saúde
pública mundial (GUERRA et al., 2005).
Nos países da América Latina, ao contrário dos países desenvolvidos, esta
transição epidemiológica ainda não se completou, observando-se um aumento na
ocorrência de doenças crônico-degenerativas, enquanto a frequência de doenças
infecciosas e de doenças transmissíveis por vetor biológico, como malária e
dengue, permanecem elevadas, além da presença constante de desnutrição
(GUERRA et al., 2005).
91
Atualmente, considera-se a América Latina como a mais urbanizada das regiões
menos desenvolvidas do mundo, sendo que esta urbanização tem sido
acompanhada de pobreza urbana maciça, o que tem contribuído para o
agravamento das disparidades sociais. Deve-se levar em consideração, também, a
repercussão da rápida mudança na condição nutricional desta região,
desencadeada pelo processo de industrialização, o que afetou, sobremaneira, a
prevalência de doenças crônicas como o câncer, doenças cardiovasculares,
diabetes tipo 2, doença de Alzheimer e outros agravos relacionados ao
envelhecimento e à obesidade (GUERRA et al., 2005).
Em virtude das desigualdades sociais existentes na América Latina, o mapa
global de distribuição dos tipos de câncer nesta região segue uma superposição
semelhante à encontrada no perfil de morbimortalidade anteriormente mencionado.
Neste contexto, o Brasil destaca-se como uma área interessante para
monitoramento e controle das tendências na incidência de câncer, assim como
para estudo das variações geográficas nos padrões desta doença (GUERRA et al.,
2005).
Nesta monografia, as informações referentes ao câncer, são direcionadas a
utilização do modelo de aplicativo proposto, portanto não terão um enfoque maior.
Um diagnóstico de câncer pode ser devastador. Existem bons motivos para ter
medo: o câncer é a segunda maior causa de morte nos Estados Unidos, seguido
por doenças do coração, e mata mais que meio milhão de pessoas por ano. No
Brasil, o câncer também é a segunda causa de morte, logo atrás das doenças
cardiovasculares (GUERRA et al., 2005).
Várias formas de câncer podem ser evitadas, e se a detecção for precoce, um
grande número de pessoas poderão ser curadas. Aqui veremos as várias faces do
câncer para que seja possível entender a doença e seu tratamento e a importância
de um diagnóstico rápido e preciso para aumentar as chances de cura (GUERRA
et al., 2005).
O que nós pensamos como "câncer" é, na verdade, um grupo de mais de cem
doenças separadas, todas caracterizadas por um crescimento anormal e irregular
das células. Esse crescimento destrói o tecido corporal ao redor e pode se espalhar
92
para outras partes do corpo em um processo que é conhecido como metástase.
Existem diversos tipos de câncer mais conhecidos como: câncer de pele
(carcinoma das células escamosas e carcinoma das células basais sendo os mais
comuns), câncer de pulmão, câncer no cérebro, câncer de mama, câncer de
próstata, câncer de cólon, câncer de ovário, leucemia, linfoma entre outros tipos.
O câncer pode desenvolver em qualquer lugar do corpo e em qualquer idade.
Diferente das doenças infecciosas como a AIDS, a gripe ou a tuberculose, o câncer
não é contagioso, ele é geralmente causado por um dano genético que ocorre
dentro de uma célula individual. As células afetadas pelo câncer são chamadas
de células malignas. As células malignas são diferentes das células normais no
corpo, pois se dividem (na maioria dos casos) muito mais rapidamente do que
deveriam. Isto é importante saber por que vários medicamentos utilizados para
combater o câncer (antineoplásticos ou medicamentos anticâncer) atacam as
células malignas durante a fase ativa da divisão celular (GUERRA et al., 2005).
Quando as células se dividem a uma taxa acelerada, elas geralmente começam
a formar uma massa de tecido chamada de tumor. O tumor é alimentado pelos
nutrientes que passam pelos vasos sanguíneos adjacentes e também podem
crescer através da formação de uma substância chamada fator de angiogênese do
tumor (formação de vasos). Este fator estimula o crescimento de um suprimento
independente de sangue para o tumor. Os tumores podem causar a destruição de
três formas:
Os tumores pressionam os tecidos e órgãos ao redor;
Os tumores invadem os tecidos e órgãos diretamente (extensão direta), geralmente danificando-os ou desabilitando-os no processo;
Os tumores tornam os tecidos e/ou órgãos invadidos suscetíveis a infecções (GUERRA et al., 2005).
Os tumores também podem liberar substâncias que destroem os tecidos
próximos a eles. Tumores benignos são constituídos por células bem semelhantes
às que os originaram. Isso não acontece no caso dos tumores malignos, uma vez
que infiltram outros tecidos e possuem alto índice de duplicação celular. Esse fato
permite com que alguns cânceres possuam a capacidade de produzir antígenos.
Tal característica pode ser muito útil para o diagnóstico, inclusive precoce, dessas
neoplasias; evitando procedimentos invasivos visando este fim. Cânceres também
93
podem apresentar algumas áreas com necrose, ou mesmo hemorragias, e de
graus variáveis.
Uma das coisas mais assustadoras sobre o câncer é a possibilidade de
metástase. Este é o processo onde milhões de células malignas são liberadas pelo
tumor primário na corrente sanguínea. Felizmente, a maioria destas células são
exterminadas, através do trauma produzido enquanto viajam dentro das paredes
dos vasos sanguíneos ou pelas células do sistema imunológico, como as células
exterminadoras naturais e outros linfócitos. Outras células imunológicas que lutam
contra as células malignas são o macrófago e as substâncias produzidas pelas
células imunológicas chamadas de linfocinas. Uma linfocina comum é chamada de
interleucina-2 ou interferon. Em alguns casos, as células malignas circulantes
sobrevivem e aderem ao revestimento muscular interno das paredes dos vasos
sanguíneos. Aqui o processo de formação do tumor pode se iniciar em uma área
diferente do corpo, causando mais destruição (GUERRA et al., 2005).
O câncer é causado por vários fatores, alguns dos quais podemos, e outros
não, controlar. Um dos fatores incontroláveis é a presença de mutação dos genes.
Um tipo de gene que tem um papel no crescimento normal das células,
um oncogene, pode ser alterado para contribuir com o crescimento descontrolado
de um tumor. Os oncogenes afetam a maneira com que as células utilizam a
energia e se multiplicam. Por exemplo, em alguns cânceres, o gene ras (um
oncogene) sofre mutação e produz uma proteína que estimula as células para se
dividirem prematuramente. Outros oncogenes, como o C-myc e o C-erb B-2, estão
envolvidos no "câncer" de pulmão de pequenas células e no câncer de mama,
respectivamente (GUERRA et al., 2005).
A mutação em genes supressores de tumores é outra causa comum do
câncer. Como você pode esperar, um gene supressor de tumor deve evitar os
tumores. Mas quando estes genes são danificados, eles podem permitir que o
câncer se desenvolva, ao invés de evitá-lo (GUERRA et al., 2005).
Determinados cânceres estão associados às alterações dos cromossomos. Os
cromossomos estão localizados dentro do núcleo das nossas células e contém
nossos genes. Quando os genes estão faltando, estão duplicados ou são
rearranjados aumenta a predisposição para desenvolver um tumor. Determinadas
94
leucemias, sarcomas, linfomas e outros tumores estão associados às alterações
dos cromossomos (GUERRA et al., 2005).
Existem também vírus associados ao câncer. O papillomavirus humano
(HPV), que causa verrugas genitais, está associado ao carcinoma do colo uterino;
e o vírus Epstein-Barr, que causa a mononucleose infecciosa, está associado ao
linfoma de Burkitt's. As doenças ou medicamentos que podem afetar o sistema
imunológico também podem aumentar o risco de determinados cânceres. A AIDS,
por exemplo, está associada com o alto risco de dois tipos de cânceres, o Sarcoma
de Kaposi e o linfoma (GUERRA et al., 2005).
A exposição à radiação ionizante pode aumentar o risco de determinados
cânceres. Os raios-x utilizados para tratar distúrbios como acne ou alargamento da
adenoide, pode aumentar o risco de determinados tipos de leucemias e linfomas
(GUERRA et al., 2005).
Felizmente, também existem fatores sob nosso controle que podem ser
evitados. Existem substâncias chamadas de carcinogênios (agentes formadores de
câncer) que podem aumentar o risco de desenvolver um câncer e muitos outros
(GUERRA et al., 2005).
A exposição sem proteção aos raios solares (radiação ultravioleta) está
associada ao câncer de pele. Os principais cânceres causados pelos raios de sol
são o carcinoma da célula basal e o carcinoma da célula escamosa (GUERRA et
al., 2005).
Um médico pode descobrir se o paciente possui câncer fazendo um histórico
detalhado, exame físico, estudos de imagem e exames laboratoriais. Ele fará
perguntas sobre saúde geral do paciente, medicamentos que ele toma, seu
histórico familiar e seu histórico de trabalho (exposição ambiental aos
carcinogênios, etc.). Perguntará também se ele possui algum sintoma que possa
levar a um diagnóstico de câncer, como fadiga, perda de peso sem motivo, suores
noturnos, tosse, sangue no vômito, na urina ou após a evacuação, além de dor
persistente (GUERRA et al., 2005).
O médico fará também um exame físico completo, com atenção especial aos
nódulos linfáticos (no pescoço, embaixo dos braços, etc.), pele, pulmões, seios,
95
genitais e próstata (nos homens). Crescimentos suspeitos que possam ser tumores
em potencial são geralmente removidos (utilizando uma biópsia excisional ou
incisional) ou fragmentados (utilizando uma agulha fina para a biópsia por
aspiração) e enviados a um laboratório para serem identificados. Uma biópsia
também pode ser obtida com o auxílio de um procedimento conhecido como
endoscopia, onde uma pequena câmera é utilizada para visualizar uma lesão
suspeita. Exames de sangue podem ajudar a determinar a extensão ou estágio de
determinados cânceres e outras descobertas anormais correlacionadas.
Diagnósticos por imagens como raios-x, tomografias, mapeamento ósseo ou
ultrassom podem geralmente determinar a localização e outras características do
tumor (GUERRA et al., 2005).
3.1 Tratamento
Segundo Guerra et al., (2005), câncer é tratado de diversas maneiras,
dependendo do tamanho do tumor, sua localização, do tipo e de uma quantidade
de outros fatores. Três maneiras mais comuns de tratar o câncer incluem:
Cirurgia: é o método mais antigo para tratar o câncer. Se o tumor for localizado ele pode ser removido cirurgicamente. Geralmente, uma borda de tecido saudável ao redor do tumor também é retirada para garantir que todas as células malignas foram removidas.
Radiação: Também conhecida como radioterapia, terapia de raios-x, cobalto terapia ou irradiação, é útil para combater o câncer porque destrói as células cancerígenas mais facilmente que as células saudáveis. A radioterapia é comumente administrada com um feixe externo de raios-x, gama ou partículas alfa e beta, direcionadas ao tumor. Implantes ou fios radioativos também podem ser usados internamente se forem colocados em minúsculos contêineres e depois implantados no corpo, próximo ao tumor. Em alguns casos, utiliza-se a radiação interna e externa.
Quimioterapia (terapia com medicamentos): A quimioterapia ou terapia com medicamentos é utilizada para matar as células cancerosas, enquanto tenta limitar os danos às células normais. A quimioterapia é útil no combate ao câncer que se espalhou para outras partes do corpo e não pode ser facilmente detectado ou tratado com cirurgia ou terapia de radiação. Dos quase 50 medicamentos anticâncer, alguns podem ser utilizados sozinhos ou em combinação com outros medicamentos anticâncer (GUERRA et al., 2005).
Em vários casos, estes métodos são combinados para obter resultados mais
eficazes.
96
4 METODOLOGIAS DE DESENVOLVIMENTO DE APLICATIVOS
MÓVEIS
Serão apresentadas duas metodologias escolhidas e que são bastante
populares no desenvolvimento e nos testes de softwares. A XP (EXtreme
Programming), por ser considerado um método ágil, é ideal para softwares cujos
requisitos podem mudar ao longo do desenvolvimento do projeto, as equipes de
desenvolvimento possuem poucos desenvolvedores, normalmente se utilizam de
linguagens orientadas a objeto e o processo é incremental.
Também será apresentada a metodologia de testes da caixa branca/caixa
preta, para detecção de defeitos e falhas, como forma de garantir o bom
funcionamento do aplicativo.
4.1 eXtreme Programming
Dentre os métodos ágeis, o eXtreme Programming é considerada uma
metodologia leve de desenvolvimento de software. Ela é classificada como um
sistema de práticas que desenvolvedores de software vem trazendo para resolver
os problemas de entregar software de qualidade rapidamente e alcançar as
necessidades de negócio que estão em constante mudança (BECK et al. 1999).
Ela defende como boas práticas, como:
A revisão do código, sendo que o mesmo sempre é desenvolvido por um par de desenvolvedores.
Uma rotina de testes automatizados e executados várias vezes ao dia.
O cliente deve estar totalmente envolvido, ser parte integrante da equipe desenvolvedora do projeto (BECK et al. 1999).
A XP é apropriada para projetos com equipes pequenas ou médias, com no
mínimo duas e no máximo doze pessoas (BECK et al. 1999).
A XP é definida por meio de valores, princípios e práticas. Os valores
descrevem os objetivos de longo prazo e definem critérios para obter sucesso. Os
valores da XP são: Feedback, Comunicação, Simplicidade, Coragem e Respeito
(BECK, 2004)
No feedback, o cliente usa sua experiência com o aplicativo para direcionar os
esforços da equipe de desenvolvimento.
97
A comunicação se dá quanto o cliente e o desenvolvedor definem, em detalhes,
quais são as prioridades do desenvolvimento e o nível de atenção que cada uma
vai ter, de forma a otimizar os recursos disponíveis.
A simplicidade é a prática onde mostra que deve ser implementado, apenas o
que satisfaça a necessidade do cliente, naquele momento.
E o respeito é à base de sustentação de todo o processo, pois se o
desenvolvedor não respeita as opiniões do cliente e vice-versa, não há como o
projeto seguir.
4.2 Metodologias de Teste
As metodologias de teste são importantes, pois nessa fase do projeto, é
imprescindível garantir não só que o software atenda a todos os requisitos do
cliente, mas é necessário garantir que ele seja plenamente capaz de executar as
tarefas para qual foi criado, sem falhas.
4.2.1 Teste de caixa branca
O teste de caixa branca é uma das técnicas utilizadas nas fases de teste de
unidade e de integração. Essa técnica é utilizada para a verificação do
comportamento interno do software onde é analisado o código fonte. Ao contrário
do teste de caixa preta, esta técnica nos permite encontrar bugs com maior
eficiência (MARINHO, 2009).
Figura 4.1 : Teste de Estrutura Fonte: SOMMERVILLE, 2007
98
4.2.2 Teste de caixa preta
Baseado em especificações, também é conhecido como teste funcional e é
geralmente utilizado em testes de sistemas e de aceite. Esse teste é feito por um
testador, o qual apresenta o caso de teste que são as entradas de dados para os
testes a serem realizados e depois examina o resultado final dos testes e compara
com resultados previstos. Nesse tipo de teste são analisados interface,
desempenho, funções, desempenho e dados do sistema (MARINHO, 2009).
4.2.3 Teste de verificação
Este teste garante a qualidade de processos de desenvolvimento. É feito
através de análise de especificações e de atividades que estão sendo realizadas
para tentar minimizar os bugs antes do desenvolvimento (MARINHO, 2009).
Deve ser aplicada em todas as fases do ciclo de desenvolvimento e devem
incluir planos de testes, padrões de processos e mesmo os manuais do usuário
podem fazer parte das revisões.
4.2.4 Teste de unidade
Este tipo de teste é baseado nos testes de caixa branca verificando a menor
parte de um projeto. É feito através dos testes com os caminhos básicos do código,
mas o alvo principal são sub-rotinas e até mesmo pequenos trechos de códigos
(MARINHO, 2009).
4.2.5 Teste de integração
O teste de integração (figura 4.2) é feito após o teste de unidade, quando serão
feitos testes modulares e quando integrados terão que funcionar corretamente
(MARINHO, 2009).
Esta fase visa à identificação de módulos críticos do sistema.
99
Figura 4.2: Teste de Integração Fonte: SOMMERVILLE, 2007
4.2.6 Teste de sistemas
Testes de sistema são, na verdade, uma série de diferentes testes, cujo
propósito primordial é por completamente à prova o sistema baseado em
computador (MARINHO, 2009).
Esta fase visa o teste de software e hardware em um ambiente similar ao de
produção com o sistema já completamente integrado. Esse teste é feito utilizando
simulador isoladamente de forma a facilitar a administração do cenário de negócios
(MARINHO, 2009).
4.2.7 Teste de aceitação
Esta é a última das fases de teste a ser utilizada, pois é onde o sistema será
disponibilizado ao cliente para a validação das funcionalidades definidas no início
do projeto (MARINHO, 2009).
4.3 Metodologias do Desenvolvimento do Aplicativo
O protótipo a ser desenvolvido deve ser baseado nos mais sólidos preceitos
educacionais e técnicos, sempre levando em conta que, o principal objetivo é o
desenvolver um aplicativo de suporte ao diagnóstico médico (MARINHO, 2009).
Seguindo as mais recentes técnicas de desenvolvimento de sistemas, envolve
as seguintes fases, mostradas na figura 4.3.
100
Figura 4.3: Etapas do desenvolvimento de um projeto
Fonte: MARINHO, 2009
É importante destacar que todos os profissionais envolvidos no projeto devem
estar preparados para trabalhar em regime de total cooperação, e seguir a risca a
metodologia proposta, pois caso contrário, o projeto se torna inviável.
Na análise e planejamento, são consideradas todas as características do
aplicativo, como função, público alvo, entre outras, e como serão coletadas as
informações necessárias ao desenvolvimento, de forma didática, obedecendo aos
mais sólidos princípios técnicos, ou seja, deve prever um roteiro adequado ao
cliente embutido na sequência dos conteúdos, observando os pré-requisitos e
calcular o tempo gasto por um profissional médio em cada parte.
Na modelagem de uma aplicação hipermídia inclui a criação de três modelos:
conceitual, de navegação e de interface.
Modelo Conceitual que se refere ao conteúdo da aplicação e de como esse conteúdo será mostrado ao cliente.
Modelo de Navegação que define as estruturas de acesso, ou seja, como serão os elos. A navegação deve ser intuitiva para evitar a desorientação do usuário e diminuir a sobrecarga cognitiva. O modelo define o uso de todos os recursos de hipermídia e hipertexto. A ênfase aqui deve ser dada a navegação, pois é através dela que se dará a interação do cliente final com o conhecimento, através de um roteiro pré-determinado.
Modelo de Interface que deve ser compatível com o modelo conceitual e de navegação, ou seja, o design de interfaces precisa estar em harmonia com o conteúdo (MARINHO, 2009).
Já a implementação abrange a produção ou reutilização e digitalização das
informações, incluindo, as imagens, prontuários e outros recursos, utilizando
softwares específicos. Com relação às imagens médicas, é preciso considerar os
direitos autorais, além de outras informações que são enviados junto com as
mesmas, como informações referentes ao paciente, que exigem uma consulta
prévia.
101
Na avaliação e manutenção, são realizadas todas as verificações das
informações e correção dos erros de conteúdo e de funcionamento. Esse processo
deve ser feito durante todas as fases do projeto.
4.4 Conceitos de Prototipação do Aplicativo
Ao desenvolver o protótipo, sempre deve se ter em mente possibilitar ao
usuário da tecnologia móvel, uma forma altamente interativa de assimilar
conhecimento variado (MARINHO, 2009).
Esse protótipo deve demonstrar, ainda que parcialmente, as diversas funções
do aplicativo, bem como, mostrar como ficarão suas interfaces e as formas de
interação com o usuário.
O protótipo, vai servir para demonstrar ao cliente que todos os requisitos e
funcionalidades estão sendo implementados, e permitirá uma melhor avaliação dos
seus recursos.
4.4.1 Requisitos Principais do Protótipo
Alguns requisitos devem estar presentes no protótipo para ser realizada a
especificação. Estes requisitos correspondem a algumas características que o
protótipo precisa ter para alcançar o resultado esperado (MARINHO, 2009).
Os requisitos principais do protótipo são:
Será desenvolvido para operar sobre um ambiente móvel.
Irá armazenar em memória as informações de cada acesso ao sistema, para fins de relatório.
Irá obedecer ao planejamento originalmente determinado pelo cliente.
Permitira ao cliente inserir conteúdo próprio, através de uma função específica.
O cliente poderá controlar as interações de outros usuários, à distância.
Após armazenar as informações em memória, o usuário poderá visualizar todos os resultados (MARINHO, 2009).
4.4.2 Especificação do Protótipo
O processo principal e os seus subprocessos que formam o protótipo podem
ser representados através de um fluxograma. Existem diversas ferramentas como o
102
MS Visio que podem ser utilizada para auxiliar na construção dos fluxogramas
(MARINHO, 2009).
4.4.3 Implementação do Protótipo
Para a implementação do protótipo, o desenvolvedor deve optar pela
plataforma que tiver maior abrangência, e ou que o cliente disponibilizar
(MARINHO, 2009).
4.4.4 Principais Funções do Protótipo
Nesse ponto do projeto se dá a conversão das funções do aplicativo em código
computacional, ou seja, é a programação propriamente dita (MARINHO, 2009).
4.4.5 Operacionalidade do Protótipo
Neste ponto, é apresentado o funcionamento do protótipo de software, com os
suas respectivas telas e recursos multimídia (MARINHO, 2009).
4.4.6 Teste e Validação
Nessa fase do projeto, o protótipo deve ser submetido a vários testes, com o
objetivo de verificar se suas funcionalidades estão dentro do especificado e sem
problemas (MARINHO, 2009).
Para a realização dos testes, pode se fazer uso de simuladores de conteúdo,
teste prático com o usuário entre outros (MARINHO, 2009).
Os resultados dos testes devem ser mensurados e apresentados à equipe e ao
cliente, de forma que a informação fique uniforme para todos (MARINHO, 2009).
4.5 Tecnologias Utilizadas no Desenvolvimento de Aplicativos Móveis
No desenvolvimento de aplicações para dispositivos móveis, são utilizadas
diversas tecnologias e conceitos, que englobam uma variedade muito grande de
elementos.
O desenvolvedor deve ficar atento aos recursos que deverá utilizar para criar o
aplicativo, para que o processo de criação do software não seja prejudicado.
Neste capítulo, serão abordadas as tecnologias que serão utilizadas no projeto.
103
4.5.1 Arquitetura Cliente/Servidor
A arquitetura cliente-servidor é um modelo computacional que separa clientes
e servidores, sendo interligados entre si geralmente utilizando-se uma rede de
computadores. Cada instância de um cliente pode enviar requisições de dado para
algum dos servidores conectados e esperar pela resposta. Por sua vez, algum dos
servidores disponíveis pode aceitar tais requisições, processá-las e retornar o
resultado para o cliente (MENDES, 2002).
Apesar de o conceito ser aplicado em diversos usos e aplicações, a arquitetura
é praticamente a mesma.
Muitas vezes os clientes e servidores se comunicam através de uma rede de
computador com hardwares separados, mas o cliente e servidor podem residir no
mesmo sistema (MENDES, 2002).
A máquina-servidor é um host que está executando um ou mais programas de
servidor que partilham os seus recursos com os clientes (MENDES, 2002).
Um cliente não compartilha de seus recursos, mas solicita o conteúdo de um
servidor ou função de serviço. Os clientes, portanto, iniciam sessões de
comunicação com os servidores que esperam as solicitações de entrada
(MENDES, 2002).
A característica de cliente-servidor descreve a relação de programas em um
aplicativo. O componente de servidor fornece uma função ou serviço a um ou
muitos clientes, que iniciam os pedidos de serviços (MENDES, 2002).
Funções como a troca de e-mail, acesso à internet e acessar banco de dados,
são construídos com base no modelo cliente-servidor. Por exemplo, um navegador
da web é um programa cliente em execução no computador de um usuário que
pode acessar informações armazenadas em um servidor web na Internet
(MENDES, 2002).
O modelo cliente-servidor se tornou uma das ideias centrais de computação de
rede. Muitos aplicativos de negócios a serem escrito hoje utilizam o modelo cliente-
servidor. Em marketing, o termo tem sido utilizado para distinguir a computação
104
distribuída por pequenas dispersas computadores da "computação" monolítica
centralizada de computadores mainframe.
Cada instância de software do cliente pode enviar requisições de dados a um ou
mais servidores ligados. Por sua vez, os servidores podem aceitar esses pedidos,
processá-los e retornar as informações solicitadas para o cliente. Embora este
conceito possa ser aplicado para uma variedade de razões para diversos tipos de
aplicações, a arquitetura permanece fundamentalmente a mesma.
4.5.2 Cloud Computing (Computação em Nuvens)
O termo Cloud Computing pode ser entendido como Computação nas Nuvens e
segue o princípio segue a linha do armazenamento de dados e informações na
internet, acessível, assim de qualquer ponto (SISNEMA, 2009).
Segundo o artigo publicado em Sisnema (2009), a maior vantagem da
computação em nuvem é a possibilidade de utilizar softwares sem que estes
estejam instalados no computador. Mas há outras vantagens:
Na maioria das vezes o usuário não precisa se preocupar com o sistema operacional e hardware que está usando em seu equipamento, podendo acessar seus dados na "nuvem computacional" independentemente disso;
As atualizações dos softwares são feitas de forma automática, sem necessidade de intervenção do usuário;
O trabalho corporativo e o compartilhamento de arquivos se tornam mais fáceis, uma vez que todas as informações se encontram no mesmo "lugar", ou seja, na "nuvem computacional";
Os softwares e os dados podem ser acessados em qualquer lugar, bastando que haja acesso à Internet, não estando mais restritos ao ambiente local de computação, nem dependendo da sincronização de mídias removíveis.
O usuário tem um melhor controle de gastos ao usar aplicativos, pois a maioria dos sistemas de computação em nuvem fornece aplicações gratuitamente e, quando não gratuitas, são pagas somente pelo tempo de utilização dos recursos. Não é necessário pagar por uma licença integral de uso de software;
Diminui a necessidade de manutenção da infraestrutura física de redes locais cliente/servidor, bem como da instalação dos softwares nos computadores corporativos, pois esta fica a cargo do provedor do software em nuvem, bastando que os computadores clientes tenham acesso à Internet;
A infraestrutura necessária para uma solução de cloud computing é bem mais enxuta do que uma solução tradicional de hosting ou collocation, consumindo menos energia, refrigeração e espaço físico e
105
consequentemente contribuindo para preservação e uso racional dos recursos naturais (SISNEMA, 2009).
Grandes institutos de pesquisas preveem que o cloud computing será uma das
três mais importantes tendências emergentes nos próximos três a cinco anos. A
previsão da pesquisa se comprova pelas facilidades e vantagens que a tecnologia
agrega. Alguns serviços já exemplificam esse modelo, como, por exemplo, as
ferramentas de e-mail. No formato habitual as mensagens são armazenadas no
software de correio eletrônico, na memória do computador. Com os e-mails
baseados na web em um servidor alheio é possível acessar a partir de qualquer
ponto (SISNEMA, 2009).
E não são apenas os softwares que podem ser acessados remotamente pela
nuvem. Os recursos de hardware, como processamento e armazenamento também
estão migrando para este ambiente (SISNEMA, 2009).
A possibilidade de acessar arquivos a partir de qualquer lugar é o que mais
chama a atenção na computação em nuvem. Um dos motivos que tem feito o
modelo alavancar é a melhoria contínua dos serviços de internet, hoje está cada
vez mais fácil de obter acesso e estar online em tempo integral. Isso faz com que
novos serviços possam ser centralizados na web (SISNEMA, 2009).
Outra vantagem do cloud computing é a economia em equipamentos. No
formato normal quando existe a necessidade de mais processamento, se faz
necessário à aquisição de novas máquinas. Com a computação em nuvem essa
necessidade pode ser facilmente resolvida com o upgrade imediato de capacidade
sem a troca de componentes (SISNEMA, 2009).
Se antes, para atualizar um software o administrador tinha que reinstalar todo o
produto na máquina de cada usuário, neste modelo os aplicativos podem ser
constantemente aperfeiçoados sem impactos para os usuários, uma vez que estão
hospedadas em um único ponto central (SISNEMA, 2009).
Como uma das principais tendências para os próximos anos em tecnologia da
informação, a computação em nuvem promete melhorias e novas vantagens, tanto
para as empresas como para os usuários (SISNEMA, 2009).
106
4.5.3 MySQL
O MySQL é um sistema de gerenciamento de banco de dados (SGBD), que
utiliza a linguagem SQL como interface. É atualmente um dos bancos de dados
mais populares, com mais de 10 milhões de instalações pelo mundo
(NIEDERAUER e PRATES, 2006).
É um sistema de gerenciamento de bancos de dados relacional. Um banco de
dados relacional armazena dados em tabelas separadas em vez de colocar todos
os dados em um só local. Isso proporciona velocidade e flexibilidade. O MySQL é
um programa interativo que permite você conectar com um servidor de MySQL,
perguntar e ver os resultados (NIEDERAUER e PRATES, 2006).
O sucesso do MySQL deve-se em grande medida à fácil integração com o PHP
incluído, quase que obrigatoriamente, nos pacotes de hospedagem de sites da
Internet oferecidos atualmente. O MySQL hoje suporta Unicode, Full Text Indexes,
replicação, Hot Backup, GIS, OLAP e muitos outros recursos de banco de dados
(NIEDERAUER e PRATES, 2006).
Suas principais características são:
Portabilidade (suporta praticamente qualquer plataforma atual); Compatibilidade (existem drivers ODBC, JDBC e .NET e módulos de interface para diversas linguagens de programação, como Delphi, Java, C/C++, C#, Visual Basic, Python, Perl, PHP, ASP e Ruby); Excelente desempenho e estabilidade; Pouco exigente quanto a recursos de hardware; Facilidade de uso; É um Software Livre com base na GPL (entretanto, se o programa que acessar o MySQL não for GPL, uma licença comercial deverá ser adquirida); Contempla a utilização de vários Storage Engines como MyISAM, InnoDB, Falcon, BDB, Archive, Federated, CSV, Solid; Suporta controle transacional; Suporta Triggers; Suporta Cursors (Non-Scrollable e Non-Updatable); Suporta Stored Procedures e Functions;
107
Replicação facilmente configurável; Interfaces gráficas (MySQL Toolkit) de fácil utilização cedidos pela MySQL Inc. (NIEDERAUER e PRATES, 2006).
O MySQL é uma alternativa atrativa a soluções SGBD pagas (Microsoft SQL
Server) porque, mesmo possuindo uma tecnologia complexa de banco de dados,
seu custo é bastante baixo. Tem como destaque suas características de
velocidade, escalabilidade e confiabilidade, o que vem fazendo com que ele seja
adotado por departamentos de TI, desenvolvedores web e vendedores de pacotes
de softwares em todo o mundo (NIEDERAUER e PRATES, 2006).
4.5.4 Nokia Mobile Internet Toolkit
Toda linguagem de marcação demanda um ambiente de desenvolvimento e
com a WML não poderia ser diferente. Para o desenvolvimento e testes com
páginas WAP, o Nokia Mobile Internet Toolkit demonstra-se uma ferramenta
eficiente.
O NMIT é uma ferramenta que suporta a criação de componentes para a
Internet móvel, contendo tecnologias como o XHTML, o WAP e o MMS. As
aplicações podem ser visualizadas nas SDKs suportadas.
A criação de diferentes conteúdos para dispositivos móveis no NMIT é facilitada
através de um conjunto de editores e wizards. Isto inclui a criação de páginas web
(editor para WML, XHTML e CSS), criação de MMS (editores para a criação de
MMS com mensagens SMIL) e criação de mensagens Push (editores para a
criação multipart e mensagens Service Indication/Service Loading) (NOKIA, 2004).
Além de servir como ambiente de desenvolvimento, o NMIT é um emulador
WAP. “Emuladores WAP são dispositivos que emulam no computador pessoal
telefones para testar o código sem ser preciso usar um dispositivo real. Eles
permitem navegar em arquivos locais sem precisar de um gateway ou servidor
WAP” (FORTA, 2000).
4.5.5 Tomcat
O Tomcat é um servidor de aplicações Java para web. É distribuído como
software livre e desenvolvido como código aberto dentro do conceituado projeto
Apache Jakarta e oficialmente endossado pela Sun como a Implementação de
108
Referência (RI) para as tecnologias Java Servlet e Java Server Pages (JSP)
(TERUEL, 2010).
O Tomcat é robusto e eficiente o suficiente para ser utilizado mesmo em um
ambiente de produção. Tecnicamente o Tomcat é um container web, cobrindo
parte da especificação J2EE com tecnologias como Servlet e JSP, e tecnologias de
apoio relacionadas como Realms e segurança, JNDI Resources e JDBC
DataSources (TERUEL, 2010).
O Tomcat tem a capacidade de atuar também como servidor web/HTTP, ou
pode funcionar integrado a um servidor web dedicado como o Apache httpd ou o
Microsoft IIS. Como um container, o Tomcat tem entre suas funções “criar os
objetos de solicitação e resposta, criar ou alocar uma nova thread para o servlet,
passando as referências de solicitação e resposta como argumentos. É o container
que entrega ao servlet a solicitação e a resposta HTTP” (TERUEL, 2010).
4.5.6 NetBeans
O NetBeans IDE é um ambiente de desenvolvimento integrado (IDE) gratuito e
de código aberto para desenvolvedores de software nas linguagens Java, C, C++,
PHP, Groovy, Ruby, entre outras. O IDE é executado em muitas plataformas, como
Windows, Linux, Solaris e MacOS. O NetBeans IDE oferece aos desenvolvedores
ferramentas necessárias para criar aplicativos profissionais de desktop,
empresariais, Web e móveis multiplataformas (TERUEL, 2010).
A IDE NetBeans auxilia programadores a escrever, compilar, debugar e instalar
aplicações, e foi arquitetada em forma de uma estrutura reutilizável que visa
simplificar o desenvolvimento e aumentar a produtividade, pois reúne em uma
única aplicação todas estas funcionalidades. Totalmente escrita em Java, mas que
pode suportar qualquer outra linguagem de programação que desenvolva com
Swing, como C, C++, Ruby e PHP. Também suporta linguagens de marcação
como XML e HTML (TERUEL, 2010).
O NetBeans fornece uma base sólida para a criação de projetos e módulos,
possui um grande conjunto de bibliotecas, módulos e APIs (Application Program
Interface, um conjunto de rotinas, protocolos e ferramentas para a construção de
aplicativos de software) além de uma documentação bem organizada. Tais
109
recursos auxiliam o desenvolvedor a escrever seu software de maneira mais
rápida. A distribuição da ferramenta é realizada sob as condições da SPL (Sun
Public License), uma variação da MPL (Mozilla Public License). Esta licença tem
como objetivo garantir a redistribuição de conhecimento à comunidade de
desenvolvedores quando novas funcionalidades forem incorporadas à ferramenta
(TERUEL, 2010).
Atualmente está distribuído em diversos idiomas e isto tem o tornado cada vez
mais popular, facilitando o acesso a iniciantes em programação e possibilitado o
desenvolvimento de aplicativos multilíngue (TERUEL, 2010).
Como o NetBeans é escrito em Java, é independente de plataforma, funciona em
qualquer sistema operacional que suporte a máquina virtual Java (JVM) (TERUEL,
2010).
Alguns dos seus principais recursos são:
Editor de código fonte integrado, rico em recursos para aplicações Web (Servlets e JSP, JSTL, EJBs) e aplicações visuais com Swing que é uma API (Interface de Programação de Aplicativos) Java para interfaces gráficas. A API Swing procura desenhar por contra própria todos os componentes, ao invés de delegar essa tarefa ao sistema operacional, como a maioria das outras APIs de interface gráfica trabalham;
Visualizador de classes integrado ao de interfaces, que gera automaticamente o código dos componentes de forma bem organizada, facilitando assim o entendimento de programadores iniciantes;
Suporte ao Java Enterprise Edition, plataforma de programação de computadores que faz parte da plataforma Java voltada para aplicações multicamadas, baseadas em componentes que são executados em um servidor de aplicações;
Plug-ins para UML, Unified Modeling Language, linguagem de modelagem não proprietária de terceira geração, e desenvolvimento remoto em equipes; interface amigável com CVS ou Concurrent Version System (Sistema de Versões Concorrentes) é um sistema de controle de versão que permite que se trabalhe com diversas versões de arquivos organizados em um diretório e localizados local ou remotamente, mantendo-se suas versões antigas e os logs de quem e quando manipulou os arquivos;
CSS, algumas funcionalidades para editar folhas de estilos como destaques, recursos de auto completar, análise de código;
Help local e on-line; debug apurado de aplicações e componentes;
Auto completar avançado; total suporte ao ANT, ferramenta de automatização da construção de programas e TOMCAT, servidor de aplicações Java para web;
110
Integração de módulos;
Suporte a Database (banco de dados), Data View e Connection Wizard que são os módulos embutidos na IDE;
Geração de Javadoc: a ferramenta permite a geração automática de arquivos javadoc em HTML a partir dos comentários inseridos no código, além de recursos que facilitam a inclusão de comentários no código (TERUEL, 2010).
4.5.6.1 Sun Java Wireless Toolkit for CLDC
O Sun Java Wireless Toolkit for CLDC pode ser integrado à IDE Netbeans,
e é projetado para rodar em telefones celulares, e outros pequenos dispositivos
móveis. O conjunto de ferramentas inclui a emulação de ambientes,
desempenho e otimização das funcionalidades, documentação e exemplos.
Tudo isso para que os desenvolvedores possam produzir de maneira eficiente e
bem sucedida, aplicações para dispositivos sem fios (TERUEL, 2010).
Os componentes principais do aplicativo são: CDC (Configurações para
dispositivos conectados), MIDP (Perfil de informações de dispositivos móveis),
CLDC (configuração para dispositivos com conexão limitada), emuladores de
ambientes (TERUEL, 2010).
4.5.7 WAP
O WAP (Wireless Application Protocol) é um padrão internacional para
aplicações que utilizam comunicações sem fio, como, por exemplo, acesso à
Internet a partir de um telefone celular. Foi desenvolvido para prover serviços
equivalentes a um navegador web com alguns recursos específicos para serviços
móveis (W3SCHOOLS, 2007).
Sua arquitetura é dividida em camadas, assim como a arquitetura TCP/IP:
WAE (Ambiente de Aplicativos). Esta é a camada mais alta da arquitetura WAP. É nela que está a maior preocupação dos desenvolvedores, pois é aqui que estão estabelecidos os padrões das linguagens WML, WMLScript e dos browsers.
WSP (Protocolo de Sessão sem Fio). É a versão binária do protocolo HTTP 1.1. Criada somente para garantir transações em largura de banda pequena, porém com uma grande diferença, pode-se parar ou reiniciar uma conexão.
111
WTP (Protocolo de Transação sem Fio). Um protocolo ágil que suporta requisições unidirecionais não confiáveis, requisições unidirecionais confiáveis e transações do tipo requisição/resposta.
WTLS (Segurança na Camada de Transporte sem Fio). Esta camada é baseada no padrão TLS hoje conhecido com SSL (Security Socker Layer). Ela proporciona integridade e privacidade de dados, autenticação e proteção de serviços, além de recusa de serviços. Pode ativar o WTLS da mesma forma com que se ativa o HTTPS nos servidores web.
WDP (Protocolo de Datagramas sem Fio). É esta a camada que proporciona a consistência entre as várias operadoras sem fio com a primeira camada de aplicativo. Abaixo desta camada que estão as várias redes utilizadas pelas operadoras (W3SCHOOLS, 2007).
4.5.8 Plataforma Java
Plataforma Java é o nome dado ao ambiente computacional, ou plataforma,
criada pela empresa estadunidense Sun Microsystems e vendida para a Oracle
depois de alguns anos (LUCKOW e MELO, 2010)
A plataforma permite desenvolver aplicativos utilizando qualquer uma das
linguagens criadas para a plataforma Java, sendo a linguagem padrão a que leva
seu próprio nome: Linguagem Java. Uma grande vantagem da plataforma é a de
não estar presa a um único sistema operacional ou hardware, pois seus programas
rodam através de uma máquina virtual que pode ser emulada em qualquer sistema
que suporte a linguagem C++ (LUCKOW e MELO, 2010)
Segundo o trabalho de Luckow e Melo (2010), o universo Java é um vasto
conjunto de tecnologias, composto por três plataformas principais que foram
criadas para segmentos específicos de aplicações:
Java SE (Java Platform, Standard Edition). É a base da plataforma; inclui o ambiente de execução e as bibliotecas comuns.
Java EE (Java Platform, Enterprise Edition). A edição voltada para o desenvolvimento de aplicações corporativas e para internet.
Java ME (Java Platform, Micro Edition). A edição para o desenvolvimento de aplicações para dispositivos móveis e embarcados (LUCKOW e MELO, 2010).
Além disso, podem-se destacar outras duas plataformas Java mais específicas:
Java Card. Voltada para dispositivos embarcados com limitações de processamento e armazenamento, como smartcards e o Java Ring.
112
JavaFX. Plataforma para desenvolvimento de aplicações multimídia em desktop/web (JavaFX Script) e dispositivos móveis (JavaFX Mobile) (LUCKOW e MELO, 2010).
4.6 Linguagens de Programação para Aplicativos Móveis
Uma linguagem de programação é um método padronizado para comunicar
instruções para um dispositivo. É um conjunto de regras sintáticas e semânticas
usadas para definir um código, que será processado pelo processador do
dispositivo. Permite que um desenvolvedor especifique precisamente sobre quais
dados um dispositivo manipular, como estes dados serão armazenados ou
transmitidos e quais ações devem ser tomadas, em várias circunstâncias
(TERUEL, 2010).
Diversas linguagens de programação podem ser usadas para o
desenvolvimento de aplicativos para os dispositivos móveis. Algumas são
baseadas em marcação, em que o processamento é feito em um servidor remoto
até as linguagens tradicionais, e usadas principalmente por telefones celulares
(TERUEL, 2010).
As linguagens tradicionais, como C++, Visual Basic e Java, permitem o
desenvolvimento de aplicações mais complexas, que podem executar algo no
próprio dispositivo, armazenarem dados, conectar com servidores remotos, entre
diversos recursos existentes. Elas são, em geral, usadas para desenvolvimento de
aplicativos para PDAs e mais recentemente, os Tablet PC, que possuem mais
recursos computacionais. Contudo, com o desenvolvimento de novos dispositivos
híbridos, essas linguagens também podem ser usadas para a criação de aplicativos
(TERUEL, 2010).
O desenvolvimento de aplicativos, portanto, vai depender, além da categoria
do dispositivo, do que o fabricante disponibilizou. Por isso, devemos procurar
informações com o fabricante do dispositivo-alvo para saber quais linguagens ele
suporta e quais são os recursos existentes (TERUEL, 2010).
4.6.1 JSP e Servlets
O código desenvolvido em JSP (Java Server Pages) possui tecnologia voltada
para o desenvolvimento de aplicações web e tem como principal característica a
113
sua portabilidade a diversas plataformas. Assim como outras linguagens de
programação para web, JSP fornece ao desenvolvedor, funcionalidades como
acesso a banco de dados e tratamento de requisições do usuário (TELEMACO,
2004).
Como característica, o JSP oferece a vantagem de ser facilmente codificado,
auxiliando na manutenção do código. Além disso, separa as interfaces de usuário
da geração de conteúdo, permitindo o trabalho conjunto entre programadores e
designers (TELEMACO, 2004).
Enquanto o JSP se encarrega de fornecer maior interatividade ao usuário, as
Servlets operam no lado do servidor respondendo a requisições enviadas por
clientes, muitas vezes sem se preocupar com o conteúdo a ser exibido. As Servlets
permitem ao desenvolvedor trabalhar com as mesmas funcionalidades oferecidas
pela linguagem de programação Java, com a vantagem adicional de tratar
requisições de cliente e responder em formato HTML, que pode ser interpretado
por navegadores web (TELEMACO, 2004).
4.6.2 WML e WMLScript
A WML (Wireless Markup Language) é uma linguagem de marcação utilizada
em aparelhos que implementam a especificação do WAP (Wireless Application
Protocol), como telefones celulares. A grande vantagem dessa tecnologia em
detrimento de outras linguagens de marcação é a baixa exigência de poder de
processamento, fator crucial para o desenvolvimento de aplicações voltadas para
aparelhos celulares (W3SCHOOLS, 2007).
Sua estrutura é muito semelhante à da HTML (HyperText Markup Language),
utilizada no desenvolvimento de páginas web, pois proporciona suporte à
navegação, hyperlinks, apresentação de imagens e formulários. Porém, a WML
possui uma estruturação peculiar composta por cartões, em que cada cartão
representa uma interação com o usuário. (W3SCHOOLS, 2007).
A WMLScript (Wireless Markup Language Script) é uma linguagem para a
criação de scripts orientada a objetos, que tem como finalidade melhorar os
recursos limitados da WML (FORTA, 2000).
114
Projetada pela WAP Fórum como uma linguagem procedural enxuta, com
estrutura semelhante a linguagens C++ e Java, porém menos resistente (FORTA,
2000).
A WMLScript foi implementada para executar do lado do cliente pelo fato da
banda de dados ser limitada. É uma linguagem fracamente tipada, ou seja, seu tipo
pode ser alterado durante o seu ciclo de vida. Utilizada para criar cálculos básicos,
validar entrada de usuário, interação com aplicativos internos e externos ao
navegador, processamento local de informações, etc. (FORTA, 2000).
4.6.3 Java
Java é uma linguagem de programação orientada a objeto desenvolvida na
década de 90, por uma equipe de programadores chefiada por James Gosling18, na
empresa Sun Microsystems (DEITEL, 2005).
Diferentemente das linguagens convencionais, que são compiladas para código
nativo, a linguagem Java é compilada para um bytecode que é executado por uma
máquina virtual. A linguagem de programação Java é a linguagem convencional da
Plataforma Java, mas não sua única linguagem (DEITEL, 2005).
A linguagem Java foi projetada tendo em vista os seguintes objetivos:
Orientação a objetos;
Portabilidade;
Recursos de Rede;
Segurança (DEITEL, 2005).
Além disso, podem-se destacar outras vantagens apresentadas pela linguagem:
Sintaxe similar a C/C++;
Facilidades de Internacionalização;
Simplicidade na especificação, tanto da linguagem como do "ambiente" de execução (JVM);
É distribuída com um vasto conjunto de bibliotecas (ou APIs);
Possui facilidades para criação de programas distribuídos e multitarefa;
Desalocação de memória automática por processo de coletor de lixo;
18
James Gosling é um programador canadense, mais conhecido como o pai da linguagem de programação Java.
115
Carga Dinâmica de Código (DEITEL, 2005).
Desde seu lançamento, em maio de 1995, a plataforma Java foi adotada mais
rapidamente do que qualquer outra linguagem de programação na história da
computação (DEITEL, 2005).
Em 2004 Java atingiu a marca de 3 milhões de desenvolvedores em todo
mundo. Java continuou crescendo e hoje é uma referência no mercado de
desenvolvimento de software. Java tornou-se popular pelo seu uso na internet e
hoje possui seu ambiente de execução presente em navegadores, mainframes,
sistemas operacionais, celulares, palmtops, cartões inteligentes etc. (DEITEL,
2005).
4.6.3.1 Java 3D
O Java 3D é uma API que possui diversas funcionalidades, das quais podemos
citar a sua utilização para a criação de ambientes 3D complexos, com
características como iluminação, texturas, ou ainda para o desenvolvimento de
jogos para celulares e computadores (BICHO et al., 2002).
Existem implementações de Java 3D para Windows, Linux e Mac OS X.
Através da implementação de hardware é possível uma melhora no
desempenho em se tratando de gráficos 3D. Isso é possível através do uso de
bibliotecas gráficas (BICHO et al., 2002).
Um gráfico de cena é uma estrutura hierárquica que descreve objetos e seus
relacionamentos entre si. Os modelos dos gráficos de cena são conhecidos como
árvores, cujos nós superiores dependem dos nós inferiores para se concretizarem.
A Figura 4.4 ilustra o modelo de gráfico da cena para Java 3D.
116
Figura 4.4: Representação do gráfico de cena
Fonte: VALENTE, 2006
A hierarquia do objeto mostra que todos os gráficos de cena do Java 3D
começam com um Universo Virtual (Virtual Universe) como o nó da raiz, que se
conecta a um objeto local. O gráfico da cena abaixo deste (locale object) divide-se
em dois nós que representa o BranchGraph. O lado esquerdo do nó (BG) divide-se
em outros dois nós: Aparência e Geometria. Interessando, a este estudo, a
Geometria (BICHO et al., 2002).
Segundo o artigo de Bicho et. al, (2002), o Java 3D oferece pacotes, classes
que ajudarão na manipulação da geometria dos objetos a serem gerados. O
controle dessa geometria é fundamental para a construção da superfície (3d).
Portanto, são necessários que se conheçam os dados (elementos, coordenadas)
que compõem a geometria e, organizá-los em estruturas adequadas. Os objetos
podem ter sua malha criada a partir de pontos, linhas e triângulos. Estudos
realizados por programadores concluíram que a melhor forma de “estruturar”,
organizar a geometria para armazenamento dos dados é utilizando triângulos. Pois
permitem a manipulação de superfícies lineares ou não, além de otimizar a
renderização da imagem e de consumir menor quantidade de memória. A relação
entre os pontos dos triângulos utilizados na malha pode ser classificada como
triângulo strip, triângulo array. Ilustrado nas figuras abaixo.
117
Figura 4.5: Representação de triângulos
Fonte: VALENTE, 2006
A API Java apresenta diversos pacotes para implementação de objetos 3D. Um
Pacote é um recurso que permite agrupar classes relacionadas, e a localização das
classes é facilitada pela capacidade de estruturação dos pacotes. Podem-se citar
alguns exemplos: java.lang, java.util, java.awt, entre outros (BICHO et al., 2002).
A API Java 3D possui construtores de alto nível os quais permitem a criação e
manipulação de objetos geométricos e a representação dos mesmos através do
grafo de cena. O grafo de cena 3D especifica os objetos do universo virtual. Os
programas podem ser criados como aplicação no desenvolvimento de jogos,
elaboração de interfaces e visualização de dados; como applet atuando como
suporte para Java 3D nos navegadores web. Ou até mesmo exercendo as duas
funções (BICHO et al., 2002).
4.6.3.2 Java ME
Java Plataform, Micro Edition, Java ME, ou ainda J2ME, é uma tecnologia que
possibilita o desenvolvimento de software para sistemas e aplicações embebidas
ou embarcadas, ou seja, toda aquela que roda em um dispositivo de propósito
específico, desempenhando alguma tarefa que seja útil para o dispositivo (BICHO
et al., 2002).
É a plataforma Java para dispositivos compactos, como celulares, PDAs,
controles remotos, e mais uma série de dispositivos. Java ME é uma coleção de
APIs do Java definidas através da JCP (Java Community Proccess) (BICHO et al.,
2002).
118
A comunidade JCP adotou duas abordagens para especificar as necessidades
dos pequenos dispositivos, a sua arquitetura computacional.
Primeiro eles definiram o ambiente de execução JRE (Java Runtime
Environment), e um conjunto de classes básicas, chamadas de core, que operam
sobre cada dispositivo. Isso foi denominado Configurações. Uma configuração
define a JVM (Java Virtual Machine) para um pequeno e específico dispositivo
computacional. Há duas configurações para um dispositivo embarcado, uma para
dispositivos com maior capacidade computacional (do inglês High-End Consumer
Devices), denominado CDC (Connected Device Configuration). A outra com menor
capacidade computacional (do inglês Low-End Consumer Devices), denominado
CLDC (Connected Limited Device Configuration) (BICHO et al., 2002).
A segunda abordagem foi definida como um perfil. Um perfil consiste em um
conjunto de classes que possibilita ao desenvolvedor de software implementar as
aplicações de acordo com as características das aplicações dos pequenos
dispositivos computacionais. Foi denominado o MIDP (Mobile Information Device
Profile), oferecendo recursos como rede, componentes de interface,
armazenamento local, etc. (BICHO et al., 2002).
119
5 O DESENVOLVIMENTO DO APLICATIVO
Neste capítulo se dá o desenvolvimento do aplicativo propriamente dito. Nesta
etapa do projeto serão aplicados todos os conceitos anteriormente abordados, de
forma a gerar, no final um protótipo de um aplicativo móvel, capaz de utilizar
imagens digitais 3D, como suporte ao diagnóstico médico.
Por ser uma tarefa extremamente complexa, ela será dividida em diversas
etapas, que se sucederão, até que se tenha um protótipo funcional.
O protótipo de software desenvolvido neste trabalho é uma aplicação que
reconstrói imagens digitais em 3D, para o auxílio ao diagnóstico médico. Esta
aplicação deve ser utilizada em dispositivos móveis que suportem a tecnologia
Java
Ao desenvolver o protótipo, sempre se teve em mente possibilitar ao usuário do
dispositivo móvel, uma forma rápida e eficiente de obter todos os dados referentes
à imagem digital médica, como os dados do paciente, o dispositivo onde a imagem
foi gerada, entre outros.
5.1 Visão Geral do Sistema
A figura 5.1 apresenta a visão geral do sistema. Em termos gerais o sistema
consiste em:
Uma base de dados modelada com base no conjunto de informações
selecionado para o prontuário eletrônico do paciente e na imagem do
exame;
Uma aplicação web para a inserção, edição e visualização dos dados do
prontuário do paciente, além das imagens digitais;
Um serviço de troca de mensagens do padrão DICOM, que possibilita a
consulta, por parte de uma aplicação externa, às informações do
prontuário do paciente (AUTORIA PRÓPRIA).
120
Figura 5.1: Visão Geral do Sistema
Fonte: Autoria própria
5.1.1 Diagramas de Casos de Uso
O prontuário do paciente no sistema PEP foi dividido em dois módulos:
Dados demográficos: dados de identificação e de contato do paciente;
Histórico médico: lista de eventos (atendimentos). Para cada evento: lista de
diagnósticos do evento, lista de exames do evento e lista de procedimentos
médicos do evento.
Para o sistema WEB foram previstos três tipos de atores (usuários):
Atendente: pode cadastrar novos pacientes, listar pacientes e editar os dados
demográficos do paciente.
Médico: pode listar paciente e editar os dados demográficos do paciente; pode
listar editar e cadastrar novos dados no histórico médico do paciente.
Administrador do Sistema: pode realizar qualquer operação no sistema.
A figura 5.2 ilustra os casos de uso para estes atores, considerando os dois
módulos do prontuário do paciente.
121
Figura 5.2: Diagrama de Casos de Uso: Módulos
Fonte: Autoria própria
O módulo do histórico médico do paciente estende o módulo de dados
demográficos, pois é no módulo de dados demográficos que está à funcionalidade
de listar os pacientes e selecionar o paciente para edição. Uma vez no cadastro do
paciente, o usuário pode então editar os dados do histórico médico do paciente.
Na figura 5.3 ilustra os casos de uso do módulo de dados demográficos do
paciente. Neste módulo podem-se listar os pacientes, cadastrar um novo paciente
ou selecionar um paciente para ser editado.
Figura 5.3: Diagrama de Casos de Uso: Dados Demográficos
Fonte: autoria própria
122
A figura 5.4 ilustra os casos de uso do módulo do histórico médico do paciente.
Para facilitar a visualização, o ator Médico foi associado ao módulo inteiro, e
não a cada caso de uso, significando que ele tem acesso a todos os casos de uso
contidos no módulo.
Após selecionar o paciente a ser editado no módulo de dados demográficos do
paciente, o usuário tem acesso ao módulo do histórico médico do paciente, onde
aparece a lista de eventos deste paciente. O usuário pode cadastrar um novo
evento ou selecionar um evento da lista para edição.
Uma vez selecionado um evento, este possui uma lista de diagnósticos, uma
lista de exames e uma lista de procedimentos médicos. O usuário pode então
cadastrar novo diagnóstico ou selecionar um diagnóstico da lista para edição. Do
mesmo modo, o usuário pode cadastrar um novo exame ou selecionar um exame
da lista para edição. Finalmente o usuário pode também cadastrar um novo
procedimento médico ou selecionar um procedimento médico da lista para edição.
Figura 5.4: Diagrama de Casos de Uso: Histórico Médico
Fonte: autoria própria
123
A figura 5.5 ilustra o caso de uso do módulo de exames do paciente. Neste
módulo podem-se listar os exames dos pacientes, visualizar os exames, cadastrar
os pacientes, caso seja só uma análise de um paciente, assim como cadastrar os
dados do paciente.
Figura 5.5: Diagrama de Casos de Uso: Visualizar Imagens
Fonte: autoria própria
A figura 5.6 ilustra o acesso do laboratório onde foi realizado o exame, a fim de
evitar problemas com a veracidade dos dados.
Figura 5.6: Diagrama de Casos de Uso: Acessar Banco de Dados
Fonte: autoria própria
124
A figura 5.7 ilustra o caso de uso onde o médico acessa a base de dados do
sistema, para verificar a consistência dos dados recebidos.
Figura 5.7: Diagrama de Casos de Uso: Acessar Banco de Dados
Fonte: autoria própria
5.1.2 Diagrama de Classes
O diagrama de classes ilustrado na Figura 5.8 descreve as entidades (entities).
Entidades são as classes que encapsulam os dados do sistema a serem
persistidos no banco de dados. Foram omitidos os métodos destas classes, pois
são apenas getters e setters, não executando nenhuma ação interessante, a não
ser alguma eventual validação ou conversão de valores.
125
Figura 5.8: Diagrama de Classe
Fonte: Autoria própria
5.2 Arquitetura de Funcionamento do Sistema do Protótipo
Esta seção descreve a arquitetura típica de uma aplicação móvel para
dispositivos móveis. Normalmente as aplicações que seguem este modelo se
dividem em três camadas: apresentação, negócios e acesso a dados.
Na Camada de Apresentação, serão apresentados os controles tradicionais de
sistemas como caixas de texto e outros, utilizados para reunir e exibir os dados do
usuário.
126
Na Camada de Negócios é reunido um conjunto de objetos que contém negócio
e a lógica da aplicação, como a reutilização de objetos, projeto de objetos (entidade
em um cenário do dia a dia da aplicação), entre outros.
E na Camada de Acesso a Dados, é reunido o objeto de acesso aos dados
(responsável por fornecer funções de manipulação de banco de dados) e o próprio
banco de dados.
5.3 Principais Requisitos do Protótipo
Alguns requisitos devem estar presentes no protótipo para ser realizada a
especificação. Estes requisitos correspondem a algumas características que o
protótipo precisa ter para alcançar o resultado esperado. Os requisitos principais do
protótipo são:
Será desenvolvido para operar sobre um ambiente que suporte aplicativos Java ME.
Irá armazenar em memória, as informações referentes ao paciente e ao exame.
Será compatível com os conceitos de PEP19
(Prontuário Eletrônico do Paciente) e RES
20 (Registro Eletrônico de Saúde).
O usuário poderá visualizar partes da imagem digital.
O usuário também poderá consultar o prontuário do paciente simultaneamente à imagem digital.
O aplicativo ainda permitirá ao usuário, contato, via SMS, tanto com outros médicos, como com o paciente (AUTORIA PRÓPRIA)
5.4 Especificações do Protótipo
O processo principal que forma o protótipo foi representado utilizando a
metodologia de especificação denominada fluxogramação21. A ferramenta
Microsoft Visio 2010 foi utilizada para auxiliar na construção do fluxograma.
19
PEP - Prontuário Eletrônico do Paciente é um modelo de prontuário médico digital padronizado. 20
RES - O Registro Eletrônico de Saúde que permite o armazenamento e o compartilhamento seguro das informações de um paciente. 21
Fluxogramação é um processo que visa facilitar as operações e a delegação de responsabilidades dentro da empresa. Serve para organizar, de forma gráfica, as rotinas e os padrões de cada etapa, facilitando a execução das tarefas.
127
Na tabela 5.1 são enumerados os subprocessos juntamente com a descrição
de cada um deles.
Tabela 5.1: Sub Processos do Protótipo
Nome Descrição
Processo A Verifica Login
Processo B Exibe Usuário
Processo C Exibe PEP
Processo D Visualiza Imagem
Processo E Envia SMS
Processo F Atualiza BD
Processo G Envia PEP
Processo H Gera Log
Fonte: Autoria Própria
A figura 5.9 apresenta uma especificação genérica do protótipo.
Figura 5.9: Especificação Genérica do Protótipo
Fonte Autoria Própria
128
5.5 Implementação do Protótipo
Nos tópicos a seguir serão descritas as ferramentas que foram utilizadas na
implementação e o funcionamento do protótipo.
5.5.1 Ferramentas Utilizadas na Implementação
Para a implementação do protótipo foi utilizada a linguagem Java, com o suporte
da API Java 3D e a IDE NetBeans, e o ambiente de desenvolvimento Nokia Mobile
Internet Toolkit.
O Nokia Mobile Internet Toolkit (figura 5.10) vem com um emulador para celular,
no qual o protótipo foi baseado e desenvolvido, e dispõe de um editor integrado
para scripts, no entanto, por uma questão de produtividade, parte do
desenvolvimento se dará também com o framework NetBeans, que será utilizado
para escrever o código Java 3D.
Figura 5.10: Nokia Mobile Internet Toolkit
Fonte: TERUEL, 2010
129
5.5.2 Operacionalidade do Protótipo
Nesta seção são apresentadas as telas do sistema, com breves descrições de
suas funcionalidades. Não serão mostradas as telas de cadastro para a inclusão de
novos dados, apenas as telas de cadastro para edição dos dados, pois estas
últimas são idênticas as primeiras, estando nas primeiras os campos vazios para o
preenchimento dos dados novos. As telas aqui mostradas foram
A figura 5.11 ilustra a tela inicial do sistema. O menu fica na parte superior, com
as opções “Início”, “Pacientes”, “Usuários” e “Login”. Como o usuário ainda não
está logado no sistema, o usuário deve escolher a opção “Login” (canto superior
direito da tela), sendo redirecionado para a tela de login.
Figura 5.11: Tela inicial: antes do login Fonte: Autoria própria
A figura 5.12 ilustra a tela de login. O usuário deve informar o seu login e sua
senha e clicar no botão [Login], sendo então redirecionado para a tela inicial.
130
Figura 5.12: Tela de Login
Fonte: Autoria própria
A Figura 5.13 ilustra a tela inicial com o usuário logado no sistema. Agora o
usuário pode acessar qualquer um dos menus sem problemas (desde que tenha
acesso, no caso o usuário admin tem acesso a tudo no sistema). No menu, a
opção “Início” retorna sempre a esta tela. A opção “Pacientes” redireciona para a
tela de listagem de pacientes. Já a opção “Usuários” redireciona para a tela de
listagem de usuários. Note que agora no canto superior direito da tela está a opção
“Sair”, a qual faz o logout do usuário no sistema.
131
Figura 5.13: Tela inicial: após o login Fonte: autoria própria
A Figura 5.14 ilustra a tela de cadastro dos pacientes. Clicando-se no botão
[Novo Paciente] abre a tela de cadastro do paciente. Clicando-se no nome de
algum paciente da lista abre a tela de cadastro do paciente com os seus dados
para a edição.
132
Figura 5.14: Cadastro de Pacientes Fonte: Autoria própria
A Figura 5.15 ilustra a tela de cadastro de diagnóstico. O tipo de diagnóstico é
cadastrado via digitação pelo usuário. Esses dados são recebidos/enviados pelo
próprio aplicativo.
Figura 5.15: Cadastro de Diagnóstico Fonte: autoria própria
A Figura 5.16 ilustra a tela de visualização de imagens. Nesta tela o usuário
poderá visualizar as imagens digitais 3D, em forma de animação.
133
Figura 5.16: Tela de visualização de imagens Fonte: Autoria própria
5.5.3 Criação das Classes do Protótipo
Para fazer a conversão das imagens digitais em 3D em objetos, se faz
necessário a construção de classes que permitam a manipulação da imagem, de
forma a identificar os elementos em cena e diferenciar os órgãos, de fluídos
corpóreos, outros elementos do corpo e os tumores cancerígenos.
Este tipo de objeto exige certo grau de realismo, como a detecção de colisão e a
deformação das células cancerígenas, entre outras, para facilitar a localização e
até o seu tipo, pelo exame.
Para isso, segundo Vinícius et al., (2012), o desenvolvedor se utiliza de um
modelo de componentização, que nada mais é se criar um repositório onde são
adicionados os comportamentos dos objetos. E as classes que representam esses
objetos herdam suas características de uma classe principal, chamada
ApplicationObject, que pode ser entendido como um container reusável de
funcionalidades e atributos básicos, como posição e orientação. E cada
comportamento é encapsulado em uma classe que herda de uma classe comum.
Dessa maneira, a classe ApplicationObject se liga apenas a uma classe genérica,
chamada Component, que faz com que cada objeto seja formado por um conjunto
134
de componentes, cada um com suas características específicas. As classes que
serão utilizadas nesse projeto são:
SpriteRendererComponent: componente responsável por aplicar em uma
ApplicationObject uma textura através de arquivos que contêm os sprites22
AnimationComponent: com base nos sprites carregados com o componente
SpriteRendererComponent, o AnimationComponent tem a função de definir as
configurações das animações que a ApplicationObject terá, como frequência de
repetição e ordem dos sprites a serem renderizados23.
PhysicsComponent: para todo objeto que deverá interagir com os demais objetos
e que precisam simular a física do mundo real, este componente deverá ser
adicionado.
TileMapComponent: componente responsável por carregar e manipular tilemaps24
no cenário.
ButtonComponent: componente responsável por definir um botão no jogo que
poderá ser instanciado com duas imagens(uma para representar o botão
pressionado e outra que representa o botão não pressionado).
TouchComponent: componente que poderá ser utilizado para capturar
inputs(entradas) do aplicativo do tipo touchsreen.
TransformComponent: componente responsável por encapsular as posições x, y,
e do ApplicationObject.
BoxCollider: delimita uma região para representar a área física ocupada por um
ApplicationObject.
22
Sprite - É uma imagem usada para representar um objeto, em um ambiente virtual. Pode ser um objeto propriamente dito ou um elemento de interface, como um botão ou menu. 23
Renderização – Significa converter uma série de símbolos gráficos num arquivo visual, ou seja, "fixar" as imagens num vídeo, convertendo-as de um tipo de arquivo para outro, ou ainda "traduzir" de uma linguagem para outra. 24
TileMap – São uma técnica para compor ambientes, com matrizes bidimensionais, na qual cada elemento é um ponteiro para um Sprite em uma folha de sprites, que serão construídos para se encaixarem, assim economizando espaço dentro da aplicação.
135
MainLevel: Essa classe representa o ambiente onde as imagens serão
visualizadas. Normalmente ela herda e implementa de uma classe superior, o
método de inicialização do ambiente virtual.
ApplicationObjectFactory: Essa classe é responsável por criar os
ApplicationObject, que serão inseridos no ambiente pelo método
addApplicationObject.
DragandDropComponent: Esse componente serve, em conjunto com o
componente TouchComponent, para podermos arrastar e soltar os objetos.
Quando o TouchComponent for inserido em um objeto, ele registra os eventos de
toque na tela, onTouchBegin (início do toque), onTouchStay (continua tocado) e
onTouchEnd (fim do toque). E cada um desses eventos indica a posição que o
objeto foi tocado. E o componente DragandDropComponent trata cada um desses
eventos de acordo com sua ação sobre o objeto: no onTouchBegin, ele só marca a
posição inicial do objeto. No evento onTouchStay, ele marca a posição onde houve
o toque, criando o efeito de arrastar. E no evento onTouchEnd, ele registra a
posição final do objeto.
EnumApplicationState: Essa classe é responsável por manter os estados dos
objetos dentro da aplicação organizados.
ApplicationControllerComponent: Essa classe é responsável por determinar o
comportamento de cada estado do objeto no ambiente e as trocas de estado do
mesmo. Ela vai utilizar os estados criados na classe EnumApplicationState para
controlar o fluxo de dados na aplicação.
MarchingCubesAlgorithmApplication: Essa classe será responsável por fazer a
identificação, reconstrução e descrição do nódulo, instanciando um objeto
ApplicationObject através do método GlobalMeasure (CARVALHO e SILVA, 2002)
Através da implementação do algoritmo Marching Cubes, o aplicativo será
capaz de determinar as dimensões do nódulo cancerígeno, suas características e
sua localização (CARVALHO e SILVA, 2002).
136
5.5.4 Detalhes da Implementação
Para desenvolver o código em J2ME, obrigatoriamente, deve-se ter instalada a
plataforma Java. Além disso, convém usar um emulador de celulares para testar a
aplicação (CENZI et.al., 2008).
A Sun Microsystems, Inc. fornece gratuitamente um ambiente de
desenvolvimento que emula dispositivos móveis, o Sun Java Wireless Toolkit for
CLDC hoje na versão 2.5.2, que emula um aparelho celular executando um
programa carregado a partir de um arquivo .java (CENZI et al., 2008).
Na Figura 5.17, exibe-se este emulador.
, Figura 5.17: Interface do emulador J2ME
Fonte: CENZI et.al., 2008
O código pode ser escrito em qualquer editor de texto, até mesmo no bloco de
notas, no entanto o ideal é fazê-lo em um editor próprio, pois a programação torna
mais fácil e rápida, evitando erros de sintaxe que geram erros na compilação
(CENZI et.al., 2008).
Para usufruir destas funcionalidades o ambiente de desenvolvimento escolhido
foi o NetBeans, na versão 6.9.1. Este ambiente oferece a vantagem da utilização
137
da API Java ME, específico para a programação em J2ME e que permite a
integração com o Wireless Toolkit (CENZI et al., 2008).
Aplicativos desenvolvidos com o perfil MIDP são chamados midlets, e são
construídos a partir da classe MIDlet. Uma aplicação móvel é composta por uma ou
mais midlets empacotadas em um arquivo Java Archive (JAR) e um arquivo
descritor da aplicação Java Application Descriptor (JAD), formando um conjunto
chamado MIDlet Suite ou Conjunto de Midlets. Uma midlet passa por várias fases e
assume três estados diferentes durante a sua execução. E é esse arquivo JAR que
será enviado ao dispositivo móvel, com as informações referentes à imagem
médica, os dados do PEP, os dados do emitente e outras informações, conforme a
figura 5.18.
Figura 5.18 - Fluxo da aplicação na Web.
Fonte: Autoria própria.
A transferência de dados entre o dispositivo móvel e o servidor se daria quando
o aplicativo fizesse uma solicitação HTTP POST ou via gateway WAP, solicitando
informações para o servidor Web, que receberia essa solicitação e responderia
enviando o arquivo solicitado para o aplicativo no dispositivo móvel.
Todo o acesso de banco de dados é realizado por objetos da classe Mobile
Application.DAO, a classe DtConStr seria utilizada para pesquisar a string de
conexão de banco de dados, que então seria passada pelos objetos de negócio à
classe resSQL.
138
A base de dados do servidor de dados PEP pode ser implementada utilizando
qualquer SGBD. Para o modelo proposto a plataforma escolhida foi o MySQL, por
ser gratuito e robusto.
Para o servidor de imagens que será acessado pelo usuário, o mais indicado
seria um sistema de armazenamento baseado nas nuvens (cloud computing),
através de um Web Service25, que faria a sincronização dos dados dos servidores
PEP, como os servidores de imagens e o s dispositivos móveis, utilizando SOAP26.,
fazendo com que o sistema seja portável em qualquer plataforma.
25
Web Service é uma solução utilizada na integração de sistemas e na comunicação entre aplicações diferentes. Com esta tecnologia é possível que novas aplicações possam interagir com aquelas que já existem e que sistemas desenvolvidos em plataformas diferentes sejam compatíveis 26
SOAP -Simple Object Access Protocol ou Protocolo Simples de Acesso a Objetos é um protocolo para troca de informações estruturadas em uma plataforma descentralizada e distribuída.
139
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Não resta dúvida de que estamos vivendo a plenitude da era da informação e
da gestão do conhecimento. Neste cenário, as inovações tecnológicas e a rapidez
com a qual se consolida a sua evolução contribuem de forma impactante na
transformação dos métodos de pesquisa e desenvolvimento de novos recursos
para auxiliar a medicina em sua constante batalha contra as enfermidades que
afligem a humanidade.
É indiscutível a importância da mobilidade nos dias atuais. A demanda por
informações pessoais e corporativas em tempo real pode ser atendida com os
recursos oferecidos pelos equipamentos móveis disponíveis na atualidade.
A motivação deste projeto foi desenvolver e difundir a tecnologia de manipulação
e visualização de exames médicos através de um software específico, de baixo
custo, que funcionem em dispositivos móveis, voltados a este ambiente e
direcionados a solução de problemas reais de diferentes especialidades médicas.
Atualmente, as imagens provenientes dos exames de estações de trabalho
médicas, são manipuladas pela maioria dos profissionais da medicina somente
através de equipamentos localizados em ambiente clínico-hospitalar. Isto limita
bastante a análise e diagnóstico dos casos, uma vez que os médicos estão
restritos àquelas imagens que foram impressas, sem que possam visualizar o
exame de outros ângulos ou realizar medidas quantitativas sobre as estruturas
presentes nas imagens.
Alguns profissionais da área médica fazem uso dos softwares de reconstrução
de imagens em 3D e análise quantitativa presentes nas estações acopladas aos
tomógrafos e ressonadores. No entanto, a grande dificuldade advém do fato de não
se poder manipular estes exames em outro ambiente que não aquele das estações
acopladas. É fundamental que os exames possam ser transportados e
disponibilizados para manipulação e análise em outras estações, de mais baixo
custo, que possam ser distribuídas em diferentes pontos dos hospitais e
consultórios médicos.
Esta pesquisa mostrou que o desenvolvimento software de auxílio ao diagnóstico
médico, baseado em imagem digital 3D, que rode em dispositivos móveis, não só é
140
possível, com também é plenamente viável, embora exija do desenvolvedor um
considerável grau de conhecimento em diversas áreas do saber, além do suporte
de profissionais da área médica, para garantir a eficiência do aplicativo.
A pesquisa esclarece que esse desenvolvimento é bastante complexo e
necessita de um amplo e profundo trabalho de pesquisa no que se refere aos
recursos e limitações dos dispositivos móveis, já que eles funcionam de forma
diferente aos PCs.
Também devemos atentar para as características dos elementos a serem
analisados, principalmente tumores cancerígenos, e sua representação em
imagens 3D, e com estas imagens podem ser reconstruídas e analisadas em
softwares voltados a dispositivos móveis.
Em última análise, uma das maiores vantagens, além da integração do uso da
informática na saúde, é a rapidez com que o médico pode analisar a imagem
digitalizada, em qualquer lugar, o que é de muita importância em um país de
dimensões continentais com o Brasil.
Finalmente, considera-se que o objetivo desta pesquisa foi alcançado, embora
não tenha sido possível desenvolver um protótipo funcional, devido a falta de
tempo, pois levantou importantes informações a respeito do tema, contextualizou-
os e promoveu uma reflexão sobre o tema proposto. Entretanto, é fundamental
reconhecer que o assunto não está esgotado, pois a cada dia que passa as
tecnologias evoluem e novas possibilidades se abrem tanto no estudo teórico
quanto em aplicações práticas.
Portanto sugere-se para trabalhos futuros e para continuidade deste estudo o
desenvolvimento de ferramentas tecnológicas, que não só ampliem a capacidade
dos aplicativos para dispositivos móveis, como também se estendam as estações
da captação de imagem médica, pensando sempre em equipamentos de baixo
custo, eficiência e boa portabilidade.
141
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