Menor radiação em exames de mama: técnica aposta na restauração das imagens do paciente

Estudo realizado por cientistas da USP prevê redução de até 30% das doses de raio X sem prejudicar a qualidade dos exames; próximos passos da pesquisa são os testes clínicos.

            Mamografias foram restauradas depois de serem obtidas com menor radiação

Quanto mais se aumenta a dose de radiação a que uma paciente é exposta em um exame de mamografia, melhor a qualidade da imagem obtida das mamas, tornando, assim, o diagnóstico médico mais fácil. Porém, os riscos causados aos pacientes pela exposição aos raios X, têm feito os cientistas buscarem alternativas para a redução dessas doses, sem comprometer a visualização dos exames feita pelos especialistas da saúde. Por isso, pesquisadores da Escola de Engenharia de São Carlos (EESC-USP) criaram uma técnica capaz de restaurar imagens de mamografia 3D obtidas com até 30% a menos de radiação, mantendo a qualidade do exame.

O trabalho faz parte da pesquisa de doutorado de Lucas Borges, ex-aluno da EESC. Para restaurar as imagens adquiridas com menor radiação, ele utilizou técnicas computacionais de processamento de imagens, que filtram imperfeições das mamografias como, por exemplo, as granulações (ruído), que atrapalham a visualização médica. O pesquisador selecionou imagens clínicas de 72 pacientes fornecidas pelo Hospital da Universidade da Pensilvânia, entidade parceira no estudo. Depois que passaram por restauração, as imagens foram analisadas por cinco físicos-médicos do Hospital. “Quando questionados, os especialistas não souberam distinguir as mamografias restauradas daquelas que receberam a dose total de radiação”, afirma Lucas.

A dose de radiação convencional utilizada em mamografias varia de acordo com a espessura e a densidade das mamas da paciente, porém, busca-se sempre um “meio termo” entre a quantidade de radiação empregada e a qualidade mínima necessária para uma análise médica segura. No entanto, para testar a técnica de restauração de imagens, era preciso que todas elas fossem obtidas com qualidade inferior em relação às convencionais para, depois, serem melhoradas. Mas como realizar tantos exames sem prejudicar a saúde das pacientes?

A solução encontrada pelos pesquisadores foi a criação de um simulador de imagens mamográficas capaz de gerar “novos exames” com quantidades menores de radiação. “Conforme reduzimos as doses de raios X, o sistema calcula a quantidade de ruído que deve ser acrescentada em cada imagem simulada. Nós nunca iríamos conseguir um banco de imagens clínicas com várias doses diferentes de um mesmo exame”, conta o ex-aluno. Ao todo, foram criadas 1800 imagens.

Comparação de ruído existente em duas imagens. A primeira (a) foi obtida com dose total de radiação e a segunda (b), que foi restaurada, com apenas 50% da dose . Elas são praticamente idênticas ao olho humano.  

A redução das doses de radiação pode fazer grande diferença se pensada em larga escala: “Contando que cerca de metade da população mundial irá fazer o exame de mama periodicamente após os 40 anos, a redução de 30% que estamos propondo é bastante significativa”, explica Marcelo Vieira, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação (SEL) da EESC e orientador de Lucas. A pesquisa foi realizada no Laboratório de Visão Computacional (LAVI) do SEL, que é coordenado pelo docente.

Segundo o Instituto Nacional do Câncer (INCA), o câncer de mama é responsável por cerca de 28% dos novos casos registrados da doença anualmente no Brasil, sendo o segundo tipo mais comum entre as mulheres, perdendo apenas para o de pele não melanoma. O câncer de mama também pode acometer homens, apesar de ser raro.

O exame mais indicado para o diagnóstico da doença é a mamografia por raios X, porém, quanto mais frequente é a exposição das mulheres a esse tipo de radiação, maior o risco de indução do aparecimento de câncer em pacientes radiografadas. Para se ter ideia do quanto de radiação a que uma pessoa é submetida em exames que utilizam o raio X, durante uma viagem de avião da Europa até os Estados Unidos, a quantidade de radiação recebida por um passageiro é a mesma que a aplicada em um único exame de raio X do pulmão. A sorte é que exames pulmonares não são tão frequentes quanto os de mamografia.

Como é feita a restauração das imagens? Para tratar as imagens com qualidade inferior, os pesquisadores utilizaram um filtro de ruído produzido por um cientista da Universidade de Tampere, na Finlândia, que também é colaborador do projeto. No entanto, Marcelo explica que esse filtro não pode ser aplicado em qualquer tipo de imagem, mas somente naquelas que possuem o chamado ruído gaussiano, que são as imperfeições mais comuns encontradas em imagens. No caso das mamografias, elas são compostas, predominantemente, por outro tipo de ruído, o quântico. Diante do impasse, os pesquisadores tiveram que utilizar técnicas matemáticas para modificar as características do ruído das mamografias de modo a torná-las adequadas ao processo de restauração.

Lucas (à esquerda) e o professor Marcelo desenvolveram uma técnica para restaurar mamografias 

Segundo os pesquisadores, técnicas para filtragem de ruído de imagens médicas ainda sofrem certa resistência no meio acadêmico. Muitos acreditam que para reduzir as imperfeições das imagens basta aplicar qualquer filtro, mas não é tão simples assim. “O jeito que estava sendo feito era errado. Se souberem utilizar a ferramenta de forma correta, ela irá funcionar e nós mostramos isso no trabalho. Acredito que conseguimos tirar um pouco desse estigma durante a pesquisa”, afirma Lucas. Esse é um dos primeiros trabalhos da literatura que relaciona filtro de ruídos com redução de doses de radiação em imagens mamográficas 3D.

A tese de doutorado de Lucas, intitulada Redução da Dose de Radiação em Tomossíntese Mamária através de Processamento de Imagens, foi reconhecida em dois grandes eventos científicos da área. O primeiro deles foi o The 13th International Workshop on Breast Imaging, realizado em 2016, na Suécia, onde o trabalho apresentado foi considerado um dos 5 melhores da conferência. Já em 2017, um artigo apresentado pelo pesquisador ficou com o prêmio de segundo lugar na Conferência SPIE Medical Imaging, realizada nos Estados Unidos.

        Lucas (primeiro à esquerda) recebe prêmio em conferência na Suécia

Os próximos passos da pesquisa serão os testes clínicos, nos quais os médicos irão analisar as imagens restauradas com o objetivo de darem o diagnóstico final de um paciente. Até o momento, os cientistas firmaram acordo com médicos de quatro grandes instituições que participarão do estudo: o Hospital do Câncer de Barretos, a Clínica Eco e Mama de São Carlos, o Instituto de Radiologia (InRad) do Hospital das Clínicas da USP, em São Paulo, além do Hospital da Universidade da Pensilvânia. O trabalho foi financiado pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP) e pela Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Texto: Henrique Fontes – Assessoria de Comunicação do SEL
Fotos: Marcelo Vieira e Lucas Borges

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