Utilize este identificador para referenciar este registo: http://hdl.handle.net/1822/8298

TítuloCHUB : um modelo cartográfico para a visualização e análise do corpo humano
Autor(es)Carvalho, Elizabeth Simão
Orientador(es)Marcos, Adérito Fernandes
Santos, Maribel Yasmina
Mendes, João Espregueira
Data4-Nov-2008
Resumo(s)A visualização é a representação visual realística ou abstracta de um conjunto de dados que são gerados por modelos computacionais ou resultantes de medições físicas realizadas no mundo real. É fundamental para auxiliar as pessoas a compreenderem dados e processos complexos e pode ser classificada consoante os seus objectivos (nomeadamente a visualização científica e de informação). A correcta modelação e caracterização dos dados são partes fundamentais para a escolha de técnicas visuais eficazes e a produção de uma visualização válida. O grande desafio é exactamente o de identificar como a análise dos resultados pode e deve ser mostrada ao potencial utilizador de uma forma simultaneamente sucinta, coerente e útil. O conceito de modelação cartográfica ou álgebra de mapas foi desenvolvido por Dana Tomlin em 1983 com o Map Analysis Package1 [Sendra2000]. Um modelo cartográfico pode ser visualizado como uma colecção de mapas registados numa base cartográfica comum, em que cada mapa é uma variável sujeita a operações matemáticas tradicionais. A modelação é um processo que decorre de operações primitivas de pontos, vizinhança e regiões sobre diferentes mapas, numa lógica sequencial para interpretar e resolver problemas espaciais. Neste contexto, a sequência de operações é similar à solução algébrica de um conjunto de equações. A criação de ferramentas informáticas para a análise e visualização de dados relacionados com o corpo humano é uma área em forte expansão e de especial interesse. Apesar destas ferramentas serem muito úteis, sofrem bastante da limitação imposta pela arquitectura dos modelos utilizados para o seu desenvolvimento e consequente implementação. Isto ocorre porque estes modelos adoptam os mesmos princípios e ponderações que são aplicados a dados de natureza não humana ou biológica e tratando-os de forma independente e atómica. Por outro lado, a utilização de técnicas visuais pouco intuitivas no sentido de denotar a interdependência espacial inerente a este tipo de informação é outra limitação a salientar neste tipo de ferramentas. Os dados relacionados com o corpo humano apresentam uma forte componente espacial. Para que seja possível uma análise e investigação correctas é necessário ter isso sempre em consideração. Um bom exemplo desta situação é o diagnóstico médico. A combinação de informação oriunda de diferentes partes do corpo humano é normalmente necessária para que um médico possa diagnosticar a doença de um paciente. O acto de diagnosticar pode ser traduzido por um conjunto de operações de álgebra de mapas executadas sobre os dados relacionados com o corpo humano do paciente. Qualquer modelo que pretenda servir de base para o desenvolvimento e implementação de ferramentas informáticas orientadas para a medicina, e em especial, para a análise e visualização de dados relacionado com o corpo humano, deve incorporar os princípios fundamentais da modelação cartográfica. Desta maneira, é possível que os dados possam ser devidamente modelados e consequentemente extrapolada mais informação útil. Por outro lado, a utilização da visualização como instrumento de comunicação de resultados, com a inclusão de metáforas visuais cartográficas é outra mais-valia a ter em conta. O modelo CHUB (Cartographic Human Body), que é apresentado neste trabalho, pretende colmatar essa falha identificada no tratamento e visualização de dados relacionados com o corpo humano. Utiliza a modelação cartográfica como alicerce fundamental para a análise dos dados e a visualização científica e de informação como meio para a comunicação de resultados. Para ser possível a sua avaliação e validação foram considerados dois estudos de caso: diagnóstico da artrose no joelho e a análise de sessões de hidrocinesioterapia. Para estes dois estudos de caso foi implementado um protótipo que instancia o modelo CHUB nestes casos particulares, permitindo a sua utilização, avaliação e validação em dois domínios específicos. Os resultados obtidos após a utilização e avaliação do protótipo permitiram validar com sucesso o modelo CHUB proposto nesta tese de doutoramento.
Visualization is the realistic or abstract visual representation of a dataset that is generated by computer models or resulting from physical measurements of the real world. Visualization is fundamental to help people understand data and complexes processes and can be categorized according its goals (scientific or information). The correct data model and characterization are essential to the right choice of the visualization techniques and the production of useful visualizations. The great challenge lies in how to determine that the results are showed to the final users at the same time in a coherent, useful and simple way. The cartographic model concept was developed by Dana Tomlin in 1983 with the Map Analysis Package2 [Sendra2000]. A cartographic model can be seen as a collection of maps that are registered in a cartographic database, where each map is a “variable” that can be mathematically operated. These operations may involve primitives such as points or areas of different maps, for example, in a sequential order to interpret and solve spatial problems. In this context, the sequence of operations is similar to the algebraic solution of a group of equations. The creation of automatic tools for human’s body data analysis and visualization is a field in expansion and of great interest. However these tools are very valuable, they suffer from a common limitation that is imposed by their basis architectural model. In general, they rarely represent in a suitable way biological, morphological and/or biomedical data spatial interdependency. These models treat data in an almost total focused and independent way. The human body systems and organs work as a complex machine, where each part depends strongly on the others. This dependency might be stronger or weaker to the system or organ importance on the overall patient condition. The doctor diagnoses an illness by comparing and analyzing information not only directly related to the mostly affected organ, but also to the body as a whole. In fact the doctor performs a subtle spatial analysis, and therefore, executes a typical algebraic map operation in his/her mind, when diagnosing a patient. An illness might arouse different symptoms and physiological changes in systems/organs that are not directly related to the spatial location of it. CHUB is a model that was developed taking into consideration the main principles of cartographic modelling. It structures data according to different layers of information. Each layer is associated to a specific organ and/or system, and might contain geometric data or attributes that are “human-referenced”. CHUB has not been developed as a dynamic model. It is considered that dynamic issues related to human’s body data, such as body movement, blood flow or heartbeat (besides others) will be accomplished by other models that should be used as a specialized extension to CHUB. In order to validate CHUB two cases of study were considered – osteoarthritis knee diagnosis and hydrokinetic therapy sessions analysis, proposed two strategies for its validation and a prototype implemented. This prototype allowed its utilization, evaluation and validation in two different domains. The results achieved after its utilization and test lead to a complete CHUB validation.
TipodoctoralThesis
DescriçãoTese de Doutoramento em Tecnologias e Sistemas de Informação - Área do Conhecimento Engenharia de Programação e dos Sistemas Informáticos
URIhttp://hdl.handle.net/1822/8298
AcessoopenAccess
Aparece nas coleções:BUM - Teses de Doutoramento

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