VI Workshop de Informática Médica - WIM2006

Estimador da Idade Óssea via Análise Carpal/Anacarp – Software para Estimação da Idade Óssea Baseado no Método

de Eklof & Ringertz

Celso Olivete Junior, Evandro Luís Linhari Rodrigues Escola de Engenharia de São Carlos (EESC) – Universidade de São Paulo (USP) – São

Carlos – SP – Brasil

Av. Trabalhador São-carlense, 400 - Centro - CEP 13566-590 - São Carlos – SP. Fone: (16)3373.93-66. Ramal: 226.

{olivete,evandro}@sel.eesc.usp.Br

www.carpal.eesc.usp.br

Abstract. This paper presents an automatic software and simplified methodology to estimate bone age using the Eklof & Ringertz method. This software is capable of yielding computerized diagnosis and quantitative analyses for studies with large populations, with different age groups and contrasts.

Resumo. Este artigo apresenta um software automático e uma metodologia simplificada para estimar a idade óssea baseada no método de Eklof & Ringertz. Este software é capaz de fornecer diagnósticos computadorizados e analises quantitativas para estudos em grandes populações, com diferentes faixas etárias e contrastes.

1. Introdução A estimativa da idade óssea através da radiografia carpal é freqüentemente utilizada para avaliar desordens no crescimento em pacientes pediátricos, obtendo o quanto o seu crescimento evoluiu em relação à sua maturidade óssea (MARQUES, 2001). Segundo Tavano (TAVANO, 2001), existem vários métodos para realizar essa estimativa, sendo que os mais difundidos e utilizados no Brasil são: Greulich & Pyle (NIEMEIJER, 2002), Tanner & Whitehouse (MORAES, 2003) e Eklof & Ringertz (EKLOF & RINGERTZ , 1967; TAVANO, 2001). Estes métodos também foram apresentados e discutidos no trabalho de Olivete, Queiroz e Rodrigues (2005).

O software baseia-se no método de Eklof & Ringertz, onde são necessários apenas métodos computacionais não muito sofisticados para estimar a idade óssea baseando-se na análise das dimensões de alguns centros de ossificação (10 centros) da mão, punho e carpo, apresentadas em Olivete, Queiroz e Rodrigues (2005) e obtidas do trabalho de Eklof e Ringertz (1967). Uma das grandes dificuldades desta análise está diretamente relacionada com a obtenção das dimensões dos centros do punho e do carpo por apresentarem grande concentração de tecido, prejudicando assim o isolamento correto dos mesmos. Por este motivo, estimou-se a idade óssea baseando-se na análise

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apenas dos ossos da mão (5 centros de ossificação), excluindo os do punho e do carpo. Os laudos obtidos através do software foram comparados com os laudos médicos a fim de constatar a sua eficiência. No decorrer do artigo é apresentado, em forma de gráficos, todas essas comparações.

Neste trabalho foram utilizadas imagens radiográficas da mão que apresentavam laudo médico (num total de 450 imagens) do banco de dados pertencente ao Departamento de Engenharia Elétrica da USP – São Carlos, que está disponível no endereço: www.carpal.eesc.usp.br.

2. Metodologia Nos itens a seguir são descritos os procedimentos necessários para a estimativa da idade óssea através do software desenvolvido, utilizando uma simplificação do método de Eklof & Ringertz. Essa simplificação foi apresentada em Olivete, Queiroz e Rodrigues (2005).

• Banco de dados de imagens carpais: foi criado um banco de dados para armazenar as imagens radiográficas da mão e suas informações, como por exemplo, nome do paciente, idade cronológica, resolução em que foi digitalizada a imagem, entre outras. As imagens são de pacientes do sexo masculino e feminino e com idades entre 1 e 18 anos. Foram obtidas em um aparelho convencional de raio-X (Pendullun 300MA - 150KV de alta freqüência), utilizando valores padrão para esse procedimento, ou seja, tensão de 45 Kv, corrente de 0.3 mA e distância foco-filme de 1 m, considerando ainda o feixe de raios-X dirigido perpendicularmente ao centro do filme.

• Banco de dados de medidas: construiu-se um banco de dados de medidas (em milímetros) de cada centro de ossificação e as suas idades correspondentes para os centros de ossificação utilizados pelo método Eklof & Ringertz. Estas medidas foram extraídas de Tavano (TAVANO, 2001).

• Marcação dos centros de ossificação: criou-se um procedimento que realiza automaticamente a marcação dos centros de ossificação, delimitando o início e o fim de cada osso, centros esses utilizados na estimativa da idade óssea.

• Obtenção das medidas: após a seleção de todos os centros de ossificação, calcula-se o comprimento de cada um dos ossos utilizando a distância Euclidiana. Esse procedimento foi apresentado em Olivete, Queiroz e Rodrigues (2005).

• Estimativa da idade óssea: de posse das medidas, realiza-se uma busca no banco de dados de medidas e estima-se a idade óssea para cada um dos centros de ossificação analisados. A idade final estimada é obtida através da média de todas as idades.

3. Resultados Neste item são apresentadas todas as funcionalidades do software, e os passos necessários que vão desde o cadastro da imagem no banco de dados até a estimativa da idade óssea utilizando uma simplificação do método de Eklof & Ringertz. O software

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foi desenvolvido utilizando a linguagem C++ através da plataforma de desenvolvimento Borland C++ Builder 5.0. O banco de dados utilizado foi o Interbase 6.0.

a) Interface principal do software

Nesta interface encontram-se todos os processamentos necessários para a estimativa da idade óssea, como por exemplo: abrir e segmentar uma imagem, cadastrar a imagem no banco de dados, fazer as marcações dos centros de ossificação, estimar a idade óssea, entre outras. A Figura 1 ilustra a interface principal do software.

Figura 1. Interface principal do software

b) Segmentar a imagem

Para segmentar uma imagem é necessário que ela se apresente no padrão Bitmap (*.bmp) com 256 níveis de intensidade na escala de cinza. Os passos (apresentados em OLIVETE, QUEIROZ e RODRIGUES, 2005) para a segmentação são: abrir a imagem original (ver Figura 2a), aplicar o filtro de suavização (média 11 x 11) (Figura 2b) e, em seguida, aplicar um método de limiarização (Figura 2c).

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(a) (b) (c)

Figura 2. (a): Imagem de entrada. (b): imagem suavizada e (c): imagem segmentada

c) Cadastrar imagem

Para cadastrar a imagem no banco de dados é necessário informar o nome do paciente, a data de nascimento, a data de avaliação, o sexo, resolução, entre outros. A Figura 3 ilustra a interface do software para cadastro das imagens pré-processadas (segmentadas), sendo necessário aplicar um pré-processamento, conforme demonstrado em Olivete, Nascimento e Rodrigues (2005).

Figura 3. Interface do software utilizada para cadastrar imagens no banco de

dados

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d) Localizar imagem

Para localizar as imagens armazenadas no banco de imagens é possível fazer uma consulta às imagens restringindo o sexo e uma faixa etária, tornando a busca bastante rápida e precisa. A interface de consulta ao banco de imagens é mostrada pela Figura 4.

Após a localização da imagem carpal, o próximo passo é a realização das marcações dos centros de ossificação utilizados pelo método de Eklof & Ringertz para estimar a idade óssea. Esse passo é apresentado no próximo item.

Figura 4. Interface utilizada para localizar imagens no banco de imagens

e) Marcar os centros de ossificação

Inicialmente o software realiza automaticamente as marcações dos centros de ossificação (Figura 5a), e em seguida, é disponibilizado um mapa, baseado no método e Eklof & Ringertz, (Figura 5b) que apresenta as posições corretas de cada um dos centros de ossificação utilizada pelo método. O próximo passo é verificar se os pontos que foram automaticamente inseridos estão nas posições corretas, caso contrário, será necessário ajustá-los. A posição de cada ponto poderá ser alterada clicando-se sobre o ponto e arrastando-o para a posição desejada, tendo como referência o mapa proposto pelo método de Eklof & Ringertz (Figura 5b).

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(a) (b)

Figura 5. (a): Marcações dos centros de ossificação estimadas automaticamente e (b): localização correta dos pontos utilizada por Eklof & Ringertz

Após o ajuste de todos os pontos que formam os centros de ossificação, é apresentada uma tela com as medidas (em milímetros) encontradas para o metacárpico II (P_1 e P_2), metacárpico III (P_3 e P_4), metacárpico IV (P_5 e P_6), falange proximal II (P_7 e P_8) e falange proximal III (P_9 e P_10) necessários para estimar a idade óssea. A Figura 6 ilustra todas essas medidas.

Figura 6. Dimensões encontradas para os centros de ossificação

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f) Estimar a idade óssea

De posse das dimensões dos centros de ossificação, é realizada uma busca na tabela padrão de medidas utilizada pelo método de Eklof & Ringertz (EKLOF e RINGERTZ, 1967), podendo ser visualizada no site www.carpal.eesc.usp.br, estimando assim a idade óssea de todos estes centros. A idade óssea final é obtida através da média das idades encontradas para os cinco ossos.

Para visualizar esta estimativa é necessário apenas escolher a opção relatório, mostrada na Figura 6, e o software disponibilizará uma tela em formato de relatório (ver Figura 7), contendo todos os dados da radiografia carpal, bem como as dimensões e idades obtidas para cada centro de ossificação e a idade óssea final estimada.

Figura 7. Relatório da estimativa da idade óssea gerado pelo software

Analisando a Figura 7, nota-se que para cada um dos ossos analisados o software encontrou uma idade óssea diferente e a idade média obtida entre eles foi aproximadamente de 10 anos e 7 meses. A idade cronológica deste paciente, obtida de informações do médico, é de 10 anos. A idade óssea (10 anos e 9 meses) estimada pelo software apresentou apenas 2 meses de diferença com relação ao laudo médico.

A seguir, é apresentado um estudo com o intuito de comprovar a eficiência do software em relação ao laudo médico.

3.1 Resultados Obtidos - Laudo do software X laudo médico

Para apresentar os resultados obtidos pelo software utilizando a simplificação, foram selecionadas 68 imagens do banco de dados, sendo 34 do sexo masculino e 34 do sexo feminino. Para medir a eficiência da simplificação utilizada no software, foram obtidas as idades ósseas para 68 imagens do banco de imagens e, em seguida, realizou-se a confrontação entre os laudos do software e do médico. O desvio padrão utilizado variou de 0.1 a 0.5 anos, sendo este intervalo consideravelmente baixo de acordo com informações de médicos especialistas. Outro fator para a escolha deste intervalo é que os outros dois métodos apresentados, Greulich & Pyle e Tanner & Whitehouse, fazem a distinção entre idades ósseas utilizando em média valores que chegam até um ano de padrão para o outro. Já neste estudo, o desvio padrão utilizado é muito menor do que

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este apresentado pelos outros métodos. O gráfico da Figura 8a ilustra os resultados da simplificação para o sexo masculino e do da Figura 8b, o do sexo feminino.

14,71%

32,35%

61,76%

94,12% 100,00%

Desvio0,1

Desvio0,2

Desvio0,3

Desvio0,4

Desvio0,5

[valores em anos]

17,65%

47,06%

76,47%

94,12% 100,00%

Desvio0,1

Desvio0,2

Desvio0,3

Desvio0,4

Desvio0,5

[valores em anos]

(a) (b)

Figura 8. Porcentagem de acertos do software X laudo médico. (a): conjunto de imagens para o sexo masculino e (b): conjunto de imagens para o sexo

feminino

Analisando o gráfico da Figura 8, nota-se que quando utilizado o desvio padrão de 0.1 a 0.3 anos ocorreu baixa taxa de concordância, ficando 23,53% abaixo do valor do laudo médico no melhor caso (desvio padrão de 0.3 anos e sexo feminino). Quando utilizado o desvio padrão de 0.4 anos o resultado foi excelente em ambos os casos. E, conseqüentemente, chegando a 100% quando o desvio padrão foi aumentado para 0.5 anos.

4. Discussões e Conclusões Com base nos resultados alcançados através do software, conclui-se que é possível estimar com confiança a idade óssea baseando-se apenas nos ossos da mão (formados por 5 centros de ossificação), excluindo da análise os ossos do carpo e do punho, que são ossos necessários na análise completa do método de Eklof & Ringertz (10 centros de ossificação).

Um dos softwares atualmente existentes para estimar a idade óssea, baseado no método de Eklof & Ringertz, é operado de forma manual. Todos os pontos que compõem os centros de ossificação são marcados manualmente, o que resulta em um tempo elevado para a fixação dos 20 pontos necessários para estimar a idade óssea. O software desenvolvido e apresentado neste artigo trabalha de forma automática e simplificada, onde os marcadores são inseridos automaticamente para a estimação da idade óssea.

5. Referências EKLOF, O.; RINGERTZ, H. (1967). A method for assessment of skeletal maturity. Ann

Radiology, v. 10. p. 330.

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MARQUES, A. M. S. (2001). On Determining a Signature for Skeletal Maturity, Proceedings of the 14th Brazilian Symposium on Computer Graphics and Image Processing, p. 246-251.

MORAES, M.E.L. (2003). Reliability of Greulich & Pyle and Eklof & Ringertz

methods for skeletal age evaluation in brazilian children. Rev. Odontol. UNESP, São Paulo, v. 32, n. 1, p. 9-17, Jan/Jun 2003.

NIEMEIJER, M. (2002). Automating Skeletal Age Assessment, Master’s Thesis,

University Utrecht. OLIVETE, J. C.; QUEIROZ, A. C.; RODRIGUES, E. L. L. (2005). Simplificação do

Método de Eklof & Ringertz para a Estimativa da Idade Óssea Através da Análise de Imagens Radiográficas da Mão. In: V WIM – Workshop de Informática Médica, 2005, Porto Alegre - SC, 2005, CD-ROM.

OLIVETE, C. J.; NASCIMENTO, M. Z.; RODRIGUES, E. L. L.. (2005). O efeito da

correção do “Efeito Heel” em imagens radiográficas da mão. Revista Brasileira de Física Médica, v. 1, p. 38-51.

TAVANO, O. (2001). Radiografias Carpal e Cefalométrica como Estimadores da Idade

Óssea e do Crescimento e Desenvolvimento, Bauru – Brasil.

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