Diseño e implementación de técnicas de procesamiento de imágenes para dispositivo de ultrasonido portátil

Abstract

Taote es un dispositivo de ultrasonido portátil de bajo costo completamente diseñado y construido en la Universidad de Chile. Su portabilidad, fácil uso y bajo costo lo hacen una herramienta idónea para el pre diagnostico conducido por médicos generales, dando solución al problema de congestión de la red de salud pública al evitar derivar casos innecesarios a otros centros de atención de mayor complejidad y dando un mayor acceso a este tipo de exámenes en zonas donde su acceso es restringido. Como producto en desarrollo, aún enfrenta diversos desafíos que deben resolverse, entre ellos, el tratamiento de imágenes para su realce. Los dispositivos de ultrasonido son afectos a un fenómeno particular llamado speckle, generado por la interferencia de la señal exploradora con los elementos pequeños en las superficies examinadas, lo que se traduce en artefactos granulares, zonas de alta y baja intensidad que dificultan el diagnóstico médico y automatizado. El objetivo principal de este trabajo consiste en diseñar e implementar distintas técnicas de procesamiento considerando las restricciones que impone Taote, tal que permitan realzar las imágenes de ultrasonido que provienen de él. Para ello, se estudian algunas técnicas existentes en el estado del arte , se simulan y evalúan para su posterior implementación. Al respecto, el operador lineal con ganancia adaptable de Lee y el operador no lineal de mediana multicapa, entregan los mejores desempeños seguidos por los operadores fundamentales (promedio y mediana convencional) para los índices de transformación de imágenes. Éstos entregan una métrica de la calidad de la transformación y no de la calidad de la imagen por sí misma (la cual es subjetiva y depende del observador) . Debido a la complejidad computacional, se diseñan circuitos que implementan estos operadores con ganancia fija, es decir, representándolos como la interpolación constante de operadores fundamentales en Verilog, para su posterior síntesis e implementación en la FPGA del equipo. En su implementación en el equipo, las capturas de las nuevas imágenes procesadas demuestran transformaciones similares a las obtenidas en las simulaciones, aunque con métricas de transformación diferente. Aún así , éstas logran validar las transformaciones en la imagen original de Taote. Finalmente, estas capturas fueron sometidas a la evaluación del ojo experto, donde el operador no lineal con ventana de tamaño 5 X 5 fue la elegida para ser incorporada en el proyecto. Si bien fue posible incorporar técnicas que modifican métricas de la imagen, un examen exhaustivo debe hacerse al obtener el índice de eficiencia de diagnostico de los operadores del producto y compararlos con los del producto sin la técnica de procesamiento. Hacer estas pruebas escapa a los alcances de este trabajo, pero hacerlo llevará a validar objetivamente las técnicas de procesamiento y abre las puertas a nuevos desarrollos, como el diagnóstico automatizado, segmentación de imágenes y otro tipo de desarrollos que acercarán al proyecto para lograr su cometido; incorporar un nuevo elemento en el diagnóstico médico general.