Investigação da influência de ruído gaussiano na eficácia do método de Compressed Sensing com pré-filtragem em imageamento por ressonância magnética

Abstract

A capacidade de identificar e diagnosticar problemas de saúde com exatidão e velocidade é de extrema importância para garantir um tratamento adequado aos pacientes. Para que isto seja possível, é necessário reproduzir imagens nítidas com o maior número de informações possível e em tempo hábil. O imageamento por ressonância magnética é uma das soluções existentes que permite a formação de imagens do interior do corpo humano de forma não invasiva utilizando os princípios dos campos magnéticos. Entretanto, a aquisição de imagens de alta qualidade está associada a aquisição de um número elevado de medições, o que resulta em um tempo longo de exame. Dessa forma, existem métodos de reconstrução que enfatizam o imageamento com base em um número reduzido de medidas, o que leva a uma aquisição mais rápida para uma mesma qualidade objetiva de imagem. Um exemplo dessa abordagem é o método de compressive sensing (CS), que explora inclusive abordagens de pré-filtragem e outras formas de decomposição de sinais para aumentar a eficácia do procedimento. Entretanto, uma crítica por vezes apresentada é que métodos baseados na aquisição de poucas medidas são mais susceptíveis a ruídos em comparação a métodos tradicionais nos quais muitas medidas são adquiridas. Apesar dessa afirmação, não foram encontrados muitos estudos na literatura acerca do impacto do ruído diretamente nas medidas de CS utilizadas em técnicas de pré-filtragem no contexto da ressonância magnética. Visando ampliar as informações disponíveis, o presente trabalho propõe a investigação de forma sistemática da eficácia do método de compressive sensing com pré-filtragem em cenários com a presença de ruído gaussiano em diferentes intensidades e utilizando de uma faixa de 20 a 400 linhas radiais. Os resultados experimentais obtidos sugerem que o ruído gaussiano branco em diferentes intensidades degrada de forma similar as abordagens que usam muitas e poucas medições. Observou-se também que nas reconstruções de sistemas com medições inferior a 30% a intensidade do ruído deixa de ser um fator relevante na qualidade da reconstrução. Para as reconstruções usando de 10 a 25 linhas radiais houve apenas um pequeno desvio de 3.2 dB na relação sinal erro da imagem reconstruída ao variar a intensidade do ruído. Em comparação, nos experimentos usando de 200 a 300 linhas radiais, esse aumento do sinal ruído provocou um desvio de 15.8 dB. Os dados experimentais demonstram também a existência de um limite na qualidade de Reconstrução relacionado com a intensidade do ruído, de modo que, aumentar a quantidade de medições deixa de resultar em um aumento na qualidade objetiva da imagem reconstruída. Este limite foi mapeado para diversas intensidades de ruído e pode servir de orientação na elaboração de protocolos nos casos em que é identificado previamente a presença de ruído, evitando que sejam realizadas mais medições que o necessário.