Localização de cápsulas endoscópicas multi-câmara

Abstract

Doenças do intestino delgado como a hemorragia Gastrointestinal obscura, a doeça de Crohn, adoença celíaca e tumores são difíceis de diagnosticar e tratar uma vez que as técnicas de endoscopiatradicionais provocam imensa dor e desconforto e não é possível visualizar toda a extensão dointestino delgado recorrendo a endoscópios com fios. Com a introdução no mercado da CápsulaEndoscópica Sem Fios começa a existir nos sistemas de saúde uma alternativa mais cómoda e eficazde analisar todo o canal GI. Tem havido várias tentativas por parte de empresas e investigadores deimplementar sistemas que localizem as cápsulas uma vez que ainda não existe nenhuma soluçãosuficientemente rigorosa.Esta dissertação tem como finalidade a localização de uma cápsula endoscópica, mais precisamenteda PillCam Colon 2, uma cápsula que possui duas câmaras dispostas nas extremidades. Nesteâmbito, procedeu-se à calibração das câmaras da cápsula, obtendo-se os seus parâmetros intrínsecos.Foram implementados em MatLab dois algoritmos distintos destinados a resolver problemas deestimação de movimento 6D que envolvam campos visuais não sobrepostos. Num dos algoritmos,o movimento é estimado individualmente a menos de um fator de escala para cada câmara e sódepois é considerada a ligação rígida entre as câmaras para a estimação da escala da translação. Jáno segundo algoritmo, para se estimar o movimento o sistema de câmaras é considerado como umtodo através do conceito de câmara generalizada. A propósito ainda deste último algoritmo sãoestudados em detalhe o tipo e o número de correspondências que se pode usar no caso em estudo.Os métodos implementados foram testados num ambiente simulado tendo sido também adicionadoruído de modo a testar a robustez destes caso se usassem imagens reais.Os métodos descritos na dissertação envolvem um conhecimento alargado sobre visão porcomputador, nomeadamente transformações rígidas, geometria epipolar, estimação da matrizessencial, câmaras generalizadas, coordenadas de Plücker, entre outros.

Diseases of the small intestine such as obscure gastrointestinal haemorrhage, Crohn’s disease, Celiacdisease and tumors are difficult to diagnose and treat since endoscopic techniques cause immensepain and discomfort, and it is not possible to visualize the full extent of the small intestine usingendoscopes with wires. With the introduction in market of the Wireless Capsule Ensoscope beginsto exist in health systems a more comfortable and effective alternative to analyze the entire GIchannel. There have been several attempts by companies and researchers to implement systemsthat locate the capsules since there is still no solution sufficiently rigorous.This dissertation aims to locate an capsule endoscope, more precisely of PillCam Colon 2, acapsule that has two cameras arranged at the ends. In this context, calibration of the capsulecameras was carried out, obtaining its intrinsic parameters. Were been implemented two differentalgorithms to solve 6D motion estimation involving non-overlapping visual fields. In one of thealgorithms, movement is estimated individually up to scale for each camera and the rigid connectionbetween the cameras only is considered for the estimation of the translation scale. In the secondalgorithm, to estimate the movement, the camera system is considered as a whole through theconcept of generalized camera. With regard to this last algorithm are studied in detail the type andnumber of correspondences that can be used in the case under study.The implemented methods were tested in a simulated environment having also been added noisein order to test their robustness in case of real images were used.The methods described in the dissertation involve a broad knowledge of computer vision, inparticular concepts of: rigid transformations, epipolar geometry, estimation of essential matrix,generalized cameras, Plücker coordinates, and others.