Criação de um programa de computador para mensuração de lesões planas em imagens clínicas: SMART Monitoring

Abstract

Introdução: Monitorar lesões por meio de fotografias é uma realidade na prática clínica e em pesquisas, porém, diversas abordagens ainda mantém um caráter predominantemente qualitativo. Objetivo: Criar um programa de computador de livre acesso para analisar lesões quantitativamente, por meio do cálculo da área lesional e de seus maiores eixos, utilizando fotografias digitais tomadas com dispositivos de escala obtidos por impressão 3D. Metodologia: Foram projetados dispositivos de escala de diversos tamanhos, em forma de moldura e produzidos em impressora 3D. Lesões planas diagnosticadas em mucosa oral e pele foram fotografadas utilizando uma câmera profissional acoplada a um flash circular, as quais foram posicionadas ao centro dos dispositivos de escala. Os pacientes foram selecionados no Hospital Universitário Professor Polydoro Ernani de São Thiago (HU/UFSC/EBSERH). Paralelamente, um código computacional foi desenvolvido para permitir a medição de área e comprimento lesional considerando distorções decorrentes do posicionamento da câmera. O código foi aprimorado com sucessivos testes, realizados ao longo de seis meses. Assim, o programa de computador SMART Monitoring foi desenvolvido, sendo o acrônimo SMART referente aos termos em inglês Surface Measurement Tool. O programa de computador foi projetado para incluir funções de aferição da área lesional por meio do processo de segmentação interativa, com 3 opções de delineamento lesional, além das medidas dos maiores eixos (horizontal e vertical). Para fins de validação, gabaritos contendo figuras de medidas conhecidas foram impressos em folha de papel, fotografados com um smartphone e inseridas no SMART Monitoring para mensuração e posterior comparação de resultados. Para fins de comparação com um programa de computador já disponível e amplamente utilizado, tais fotografias foram inseridas no ImageJ (versão 1.53, Wayne Rasband and contributors, National Institutes of Health, USA), e aferidas após a correção da perspectiva (um processo subjetivo operador-dependente), disponível através dos plug-ins interactive perspective e measure. Ainda, foram realizados testes clínicos iniciais, em que algumas lesões foram fotografadas usando os dispositivos 3D e medidas clínicas foram realizadas nas lesões com uso de sondas ou réguas. O projeto foi aprovado pelo Comitê de Ética em Pesquisa com Seres Humanos e os pacientes assinaram o termo de concordância. Resultados: O programa de computador SMART Monitoring foi desenvolvido e revelou entregar bons resultados preliminares em testes realizados com gabaritos impressos em papel (margem de erro relativo <2%). Tais resultados, quando comparados ao ImageJ, demonstraram maior acurácia. O registro do programa no Instituto Nacional da Propriedade Industrial (INPI, Ministério do Desenvolvimento, Brasil) foi solicitado e um website (https://smartmonitoring.ufsc.br/) foi criado para acesso público tanto ao SMART Monitoring quanto aos dispositivos de escala, incluindo tutoriais e informações de uso. Conclusões: O SMART Monitoring foi desenvolvido com a função de aferir medidas de lesões planas em fotografias, que devem ser realizadas com dispositivos de escala apropriados. Testes comprovaram a capacidade do programa em entregar o cálculo da área e comprimento de forma efetiva, levando em consideração distorções decorrentes da orientação da câmera. O uso desse programa é encorajado em pesquisas acadêmicas e ensaios clínicos que possuam como objetivo monitorar lesões e avaliar sua remissão ou progressão.

Abstract: Introduction: Lesion monitoring through photography is a common practice both in research and clinical practice; however, this approach is usually qualitative. Objective: Create an open-access computer program to analyze lesions assessing their area and longest axis measurements on digital images displaying the lesion with a 3D printed scale device. Materials and Methods: Different-sized and frame-shaped scale devices were designed and 3D printed. Essentially flat lesions diagnosed at both oral mucosa and skin were positioned inside appropriate scale devices and photographed using a professional digital camera coupled to a circular flash. Patients were selected at the University Hospital Polydoro Ernani de São Thiago (HU/UFSC/EBSERH). In the meantime, a computater program was created to allow area and longest axis length measurements considering possible distortions from camera angle. The program was iteratively developed through successive testing over a period of six months. As a result, an initial version of SMART Monitoring (SMART is an acronym for Surface Measurement Tool) computer program was created. The program was developed to provide measurement tools to assess the lesional area through interactive segmentation through three different drawing options. The program also provides a length measurement tool. For validation purposes, figures of known areas were paper-printed and subsequently photographed using a smartphone. Images were then evaluated using SMART Monitoring to obtain the area measurements of the printed structures. Results were compared to the real values. Furthermore, the software ImageJ was used to analyze the same validation pictures through the use of its perspective correction process using the “Interactive Perspective” and “measure" tools. In this case, perspective correction is performed under a subjective, operator-dependent procedure. In the end, initial clinical tests were performed with photographs of a few lesions with the aid of the 3D-printed scale devices. The same lesions had their dimensions previously measured using periodontal probes or rulers. The project was approved by the Human Research Ethics Committee and patients signed agreement terms. Results: The SMART Monitoring computer program was developed and provided good preliminary results in the validation test (relative error within ±2%). The program provided a higher accuracy compared to ImageJ. The program was submitted to registering at the Brazilian National Industrial Property Institute (INPI) and a website (https://smartmonitoring.ufsc.br/) was created for public access both to SMART Monitoring and to the scale devices, including tutorials and other information. Conclusion: The SMART Monitoring program was developed to allow flat lesion measurements on clinical photographs with the aid of appropriate scale devices. Primary tests have confirmed the program’s efficacy in delivering accurate area and length measurements, considering image distortions caused by camera orientation. The authors encourage the use of this program both in academic research and clinical trials, aiming to monitor lesions and evaluate their remission or progression.