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Relat´o rio Individual Sint´e tico de Treinamento T´e cnicoBolsista:Jo˜a o Vitor Baldini SoaresCoordenador:Roberto Marcondes Cesar Junior1Introdu¸c˜a oEste documento´e o relat´o rio individual sint´e tico do bolsista Jo˜a o Vitor Baldini Soares referente ao Treinamento T´e cnico(n´ıvel IV,processo n´u mero2006/56128-1)realizado de setembro de2006 a julho de2007,sob a coordena¸c˜a o do Prof.Roberto Marcondes Cesar Jr.O Treinamento T´e cnico foi realizado em apoio ao projeto de pesquisa“Modelagem por redes(grafos)e t´e cnicas de reconhe-cimento de padr˜o es:estrutura,dinˆa mica e aplica¸c˜o es”(processo n´u mero2005/00587-5),financiado pela FAPESP.A bolsa dever´a ser cancelada no mˆe s de agosto de2007,uma vez que o bolsista iniciar´a um programa de doutorado no mˆe s,n˜a o podendo continuar as atividades do Treinamento T´e cnico.O bolsista participou do desenvolvimento de um novo software para a segmenta¸c˜a o dos vasos sang¨u´ıneos de imagens de retina,escrito em C++;cuidou da manuten¸c˜a o e suporte de uma vers˜a o anterior do software,que havia sido feita em linguagem Matlab durante seu Mestrado;e colaborou em trabalhos com outros pesquisadores,principalmente o Prof.Dr.Herbert F.Jelinek,da aus-traliana Charles Sturt University e o oftalmologista Marcelo B.M.Mendon¸c a,p´o s-graduando da UFPE,que tˆe m interesse no uso dos softwares e ajudaram a validar os m´e todos desenvolvidos.Durante seu Mestrado,o bolsista tinha produzido avan¸c os significativos no m´e todo de seg-menta¸c˜a o de vasos sang¨u´ıneos baseado em wavelets e classificadores estat´ısticos[4,6].Um prot´o tipo de software de segmenta¸c˜a o incluindo uma interface gr´afica foi implementado na linguagem Ma-tlab durante o Mestrado.A Bolsa de Treinamento T´e cnico apoiou a implementa¸c˜a o de um novo software de segmenta¸c˜a o de vasos sang¨u´ıneos,contando com m´e todos j´a consolidados de bom de-sempenho.O novo software foi escrito em C++,apresentando tempos menores de processamento e,ao contr´a rio da vers˜a o anterior(que necessitava do uso do Matlab),pode ser usado sem a neces-sidade de licen¸c as.Encontra-se dispon´ıvel no portal do projeto(http://retina.iv.fapesp.br), sob a licen¸c a GPL1.A an´a lise automatizada das imagens de retina,com especial aten¸c˜a o`a estrutura vascular,permi-tir´a uma triagem mais abrangente de pacientes diab´e ticos para a detec¸c˜a o da retinopatia diab´e tica (RD).Com isso,espera-se aumentar a taxa de detec¸c˜a o precoce da doen¸c a,o que previne perdas visuais na grande maioria dos casos,tornando poss´ıveis interven¸c˜o es m´e dicas[3,7].O software desenvolvido representa um esfor¸c o para a constru¸c˜a o de uma ferramenta de aux´ılio diagn´o stico na triagem para a RD,de grande importˆa ncia para a sa´u de p´u blica.1/copyleft/gpl.html2Atividades realizadasDe acordo com o programa proposto inicialmente,o bolsista participou do desenvolvimento do software em C++e tamb´e m deu manuten¸c˜a o e apoio ao software anteriormente desenvolvido em Matlab.Dado o interesse de colaboradores,durante o Treinamento T´e cnico foi dado maior foco no trabalho com outros grupos,o que foi interessante para consolidar o uso pr´a tico dos softwares.2.1Manuten¸c˜a o do software anterior desenvolvido em MatlabFoi realizada a manuten¸c˜a o e suporte do software anteriormente desenvolvido em Matlab.Um pa-cote complementar ao software foi publicado contendo classificadores treinados para a segmenta¸c˜a o e imagens de teste para incentivar e facilitar seu uso.Foi dado suporte a usu´a rios eventuais que se mostravam interessados e foram corrigidos alguns bugs apontados.2.2Elabora¸c˜a o de cap´ıtulo de livro descrevendo o m´e todo e software em Matlab Foi elaborado um cap´ıtulo de livro[5]descrevendo o m´e todo de segmenta¸c˜a o desenvolvido,que inclui algum aprofundamento na teoria de wavelets bidimensionais e dos classificadores utilizados.O cap´ıtulo possui detalhes da arquitetura e tamb´e m de uso do software produzido em Matlab,servindo como documenta¸c˜a o do software e tamb´e m como forma de divulga¸c˜a o.O cap´ıtulo,que ainda n˜a o foi publicado,j´a encontra-se dispon´ıvel no portal do projeto,em http://retina.incubadora. fapesp.br/portal/references/SoaresCesarChapter.pdf.2.3Desenvolvimento do novo software em C++Um novo software de segmenta¸c˜a o foi desenvolvido,tendo implementado o m´e todo de segmenta¸c˜a o j´a consolidado.O bolsista participou no desenvolvimento do projeto e arquitetura do software, tamb´e m ajudando na escolha das ferramentas a serem utilizadas.O software foi implementado em C++,por Jeferson R.da Silva,como parte de seu projeto de conclus˜a o de curso no Bacharelado em Ciˆe ncia da Computa¸c˜a o no Instituto de Matem´a tica e Estat´ıstica,onde foi realizado o projeto.O bolsista tamb´e m ajudou na organiza¸c˜a o do c´o digo,sua documenta¸c˜a o e implementou a compila¸c˜a o e instala¸c˜a o autom´a tica do software.A escolha da linguagem permitiu que o processamentoficasse algumas vezes mais r´a pida do que a implementa¸c˜a o anterior em Matlab.Decidiu-se por implementar as fun¸c˜o es de processamento de imagens utilizando a biblioteca OpenCV e a interface gr´afica usando a biblioteca GTK+,de forma que o software pode ser compilado tanto para o sistema operacional Linux quanto para o Windows,permitindo assim um maior alcance de usu´a rios.Utilizou-se uma arquitetura baseada no padr˜a o de desenho pipes andfilters,em que as opera¸c˜o es de processamento das imagens,gera¸c˜a o de classificadores e treinamento s˜a o vistas comofiltros que em conjunto comp˜o em diferentes pipelines.A Figura1d´a uma vis˜a o da arquitetura,apresentando algumas das classes principais.A interface gr´afica foi projetada de forma que fosse simples de utilizar,auxiliando o usu´a rio nos passos da segmenta¸c˜a o.A Figura2mostra uma captura de tela da interface gr´afica do software.A documenta¸c˜a o do c´o digo do software pode ser gerada usando a ferramenta Doxygen2,que gera2http://www.stack.nl/~dimitri/doxygen/Figura1:Ilustra¸c˜a o de algumas classes do software,demonstrando a arquitetura pipes andfilters. O diagrama foi gerado com a ferramenta Doxygen como parte da documenta¸c˜a o do sistema.As flechas escuras denotam heran¸c a,enquanto as tracejadas,mais claras,representam a defini¸c˜a o dos tipos para classes template.diagramas de classe,mostrando especializa¸c˜o es e intera¸c˜o es entre as classes do sistema(como na Figura1),al´e m de conter coment´a rios espec´ıficos adicionados ao c´o digo.2.4Colabora¸c˜o es e aplica¸c˜o es do m´e todoO trabalho do bolsista envolveu a colabora¸c˜a o com o Prof.Dr.Herbert F.Jelinek,da australi-ana Charles Sturt University,com Jorge J.G.Leandro(mestrando em Ciˆe ncia da Computa¸c˜a o), al´e m do coordenador do projeto,Roberto M.Cesar-Jr.,que vˆe m desenvolvendo m´e todos para a caracteriza¸c˜a o da estrutura vascular ret´ınica[1,2].Dentro dessa colabora¸c˜a o,foi desenvolvido um trabalho experimental para avaliar a capacidade de detec¸c˜a o autom´a tica do est´a gio proliferativo da retinopatia diab´e tica.Esse trabalho foi feito envolvendo as fases de segmenta¸c˜a o dos vasos,ex-tra¸c˜a o de caracter´ısticas dessa segmenta¸c˜a o como tortuosidade(ou curvatura)e dimens˜o es fractaise classifica¸c˜a o das vasculaturas com base nessas caracter´ısticas.O trabalho resultou na publica¸c˜a oFigura2:Captura de tela ilustrando a interface gr´afica do novo software desenvolvido.de um artigo[1]descrevendo os resultados obtidos.A segmenta¸c˜a o dos vasos´e a primeira fase para a detec¸c˜a o autom´a tica da doen¸c a e foi realizada a an´a lise ROC(receiver operating characteristic)[4] do m´e todo de segmenta¸c˜a o como forma de avalia¸c˜a o quantitativa.Foi continuada uma colabora¸c˜a o com o oftalmologista Marcelo B.M.Mendon¸c a,p´o s-graduando da UFPE,que realizou testes com o m´e todo de segmenta¸c˜a o em que foi analisado o efeito do m´e todo de segmenta¸c˜a o sobre o c´a lculo das dimens˜o es fractais das estruturas vasculares.A compara¸c˜a o de diferentes m´e todos de segmenta¸c˜a o com segmenta¸c˜o es manuais,bem como o efeito da esqueletiza¸c˜a o dos vasos sobre as dimens˜o es fractais das estruturas vasculares est´a sendo avaliado em trabalhos experimentais que ainda est˜a o em desenvolvimento.Acredita-se que o estudo das dimens˜o es fractais possa fornecer indicadores a respeito da presen¸c a de doen¸c as e que possa ajudar a formular modelos sobre a forma¸c˜a o e estrutura dos vasos ret´ınicos.O ambiente fornecido pela Incubadora Virtual de Conte´u dos Digitais da FAPESP,que disponi-biliza ferramentas como reposit´o rio de c´o digo,f´o runs de discuss˜a o,e um portal de conte´u dos,est´asendo utilizado para o projeto desenvolvido.Durante o per´ıodo,o portal do projeto foi mantido atrav´e s de atualiza¸c˜o es refletindo os novos desenvolvimentos do projeto e da´a rea de pesquisa,com atualiza¸c˜a o das referˆe ncias a outros trabalhos e apontadores,podendo servir como um ponto inicial de estudo do problema da segmenta¸c˜a o dos vasos da retina.3Conclus˜a oO bolsista participou da cria¸c˜a o de um novo software,que representa um esfor¸c o para a an´a lise autom´a tica de imagens de retina para a dete¸c˜a o da RD.O trabalho do bolsista ajudou a consolidar colabora¸c˜o es,divulgar e popularizar o m´e todo de segmenta¸c˜a o e softwares atrav´e s de publica¸c˜o es e apoio a usu´a rios ocasionais que demonstravam interesse.Essas contribui¸c˜o es s˜a o importantes para que o software e a linha de pesquisa se desenvolvam,consolidando um ambiente prop´ıcio para trabalhos futuros,que conta com colaboradores,um software em desenvolvimento,e o ambiente da Incubadora Virtual da FAPESP.O trabalho realizado ajudou a formar o bolsista,ensinando na pr´a tica as atividades das fases de cria¸c˜a o e manuten¸c˜a o de um software em ambiente colaborativo, incluindo intera¸c˜a o com usu´a riosfinais.Referˆe ncias[1]H.F.Jelinek,M.J.Cree,J.J.G.Leandro,J.V.B.Soares,R.M.Cesar-Jr.,and A.Luckie.Automated segmentation of retinal blood vessels and identification of proliferative diabetic retinopathy.Journal of the Optical Society of America A,24(5):1448–1456,2007.[2]H.F.Jelinek,J.J.G.Leandro,R.M.Cesar-Jr.,and M.J.Cree.Classification of pathology indiabetic eye disease.In WDIC2005ARPS Workshop on Digital Image Computing,pages9–13, Brisbane,Austr´a lia,2005.[3]S.J.Lee,C.A.McCarty,H.R.Taylor,and J.E.Keeffe.Costs of mobile screening for diabeticretinopathy:A practical framework for rural populations.Aust J Rural Health,8:186–192,2001.[4]J.V.B.Soares.Segmenta¸c˜a o de vasos sang¨u´ıneos em imagens de retina usando wavelets eclassificadores estat´ısticos.Disserta¸c˜a o de mestrado,Universidade de S˜a o Paulo,Departamento de Ciˆe ncia da Computa¸c˜a o,2006.[5]J.V.B.Soares and R.M.Cesar-Jr.Segmentation of retinal vasculature using wavelets andsupervised classification:Theory and implementation.In H.F.Jelinek and M.J.Cree,editors, Automated Image Detection of Retinal Pathology.CRC Press,2007.A aparecer.[6]J.V.B.Soares,J.J.G.Leandro,R.M.Cesar-Jr.,H.F.Jelinek,and M.J.Cree.Retinal vesselsegmentation using the2-D Gabor wavelet and supervised classification.IEEE Transactions on Medical Imaging,25:1214–1222,2006.[7]H.R.Taylor and J.E.Keeffe.World blindness:a21st century perspective.British Journal ofOphthalmology,85:261–266,2001.Jo˜a o Vitor Baldini SoaresBolsistaRoberto Marcondes Cesar JuniorCoordenador。
