Determinaç˜ao de Tipo Sanguıneo nos Sistemas ABO e Rh
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Determinaç˜ao de Tipo Sanguıneo nos Sistemas ABO e Rh
REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 29 Determinação de Tipo Sanguı́neo nos Sistemas ABO e Rh Utilizando Processamento Digital de Imagens 1 Instituto Erlyck Lucena Duarte Pereira1 e Carlos Danilo Miranda Regis1 Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraı́ba, João Pessoa, PB E-mails: [email protected], [email protected] Resumo—Os sistemas ABO e Rh de grupos sanguı́neos são de fundamental importância para a área da medicina que trata de transfusões sanguı́neas, uma vez que a incompatibilidade sanguı́nea entre o doador e receptor pode causar complicações fatais na prática transfusional. Este trabalho apresenta o desenvolvimento de um software para determinação do tipo sanguı́neo em humanos, nos sistemas ABO e Rh, usando técnicas de processamento digital de imagens. Utilizou-se como referência o teste manual em lâmina para a análise do tipo sanguı́neo das amostras. Os resultados dessa análise foram fotografados por dois dispositivos diferentes, produzindo imagens com resoluções de 640x360 pixels e 4320×3240 pixels. Em seguida, as imagens obtidas foram processadas pela aplicação desenvolvida para detecção das reações de aglutinação, as quais permitem a classificação do tipo sanguı́neo. A utilização do programa permite a minimização do risco de falha humana na interpretação dos resultados da aplicação do teste manual. O percentual de acerto do software desenvolvido foi de 100% para o sistema ABO e 80% para o sistema Rh, em um universo de 30 amostras. Palavras-chave—Processamento Digital de Imagens, Grupos Sanguı́neos, Sistema ABO, Sistema Rh. I. INTRODUÇ ÃO sangue é formado por diversos tipos de células, além do plasma sanguı́neo1 . Algumas dessas células, chamadas hemácias ou eritrócitos, possuem em sua membrana substâncias conhecidas como aglutinogênios, que são classificados como antı́genos. Os antı́genos são substâncias ativas capazes de provocar uma resposta imune que produzirá anticorpos para a defesa imunológica, quando em contato com organismos que não as possuem [1]. Os indivı́duos diferem quanto à presença de certos antı́genos na membrana eritrocitária, chamados aglutinogênios, e de certos anticorpos no plasma sanguı́neo, chamados aglutininas [1]. As aglutininas são anticorpos dirigidos a aglutinogênios especı́ficos [2]. Os grupos sanguı́neos são caracterizados pela presença ou ausência, na membrana eritrocitária, de certos antı́genos herdados geneticamente [3]. Se a quantidade de sangue no organismo de um indivı́duo for muito reduzida, por um sangramento excessivo, ou doença, O Data de submissão 20/02/2015. Data de aceitação 20/04/2015. 1 O plasma sanguı́neo é a parte lı́quida do sangue, no qual as células sanguı́neas ficam suspensas [1]. pode ser realizado um procedimento chamado de transfusão, no qual o sangue de outra pessoa é administrado nesse indivı́duo, para suprir a deficiência de oxigênio e nutrientes, decorrente dessa diminuição da quantidade de sangue [1]. As pessoas que recebem transfusões sanguı́neas podem desenvolver anticorpos contra diversos antı́genos, por isso a identificação do tipo sanguı́neo é essencial para determinar se uma pessoa poderá receber uma transfusão de sangue de um doador especı́fico [4]. Na determinação da compatibilidade das transfusões de sangue, destacam-se os sistemas ABO e Rh, pois a incompatibilidade entre os tipos sanguı́neos do doador e receptor nesses sistemas pode causar reações transfusionais que podem ser fatais [2], [4]. Existem modernos e seguros sistemas para obtenção de resultados em exames de tipagem sanguı́nea, como por exR , da Companhia francesa DIAGAST, que emplo, o Freelys realiza o teste automaticamente, após a “preparação” manual do sangue que será testado [5]. Diversas metodologias podem ser utilizadas para o exame de tipo de sangue, como a técnica em tubo, em microplaca e em gel [6]. Os sistemas existentes atualmente são caros, demorados, e/ou sujeitos a interpretação humana dos resultados. Usualmente, a determinação do tipo sanguı́neo para os sistemas ABO e Rh é realizada manualmente, por meio do método em placa, que baseia-se nas reações imunológicas que ocorrem quando se misturam determinados soros nas amostras de sangue [7]. Essas reações podem provocar aglutinação, e a interpretação da existência de aglutinação possibilita determinar quais os antı́genos relacionados com os sistemas ABO e Rh estão presentes e/ou ausentes nas hemácias da amostra de sangue. O método em placa é o mais rápido, embora sujeito à falha humana no processo de interpretação de resultados, e por esse motivo, foi o método utilizado nesse estudo para validar o software desenvolvido. A probabilidade de falha humana poderá ser minimizada, ou mesmo anulada, se a determinação dos tipos sanguı́neos for realizada de forma computadorizada. O objetivo deste trabalho é apresentar um software eficiente e de baixo custo para determinação de tipo sanguı́neo nos sistemas ABO e Rh, utilizando técnicas de processamento digital de imagens. Este trabalho descreve o processo de formação desse soft- 30 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 ware. Na Seção II, é apresentada a revisão bibliográfica sobre os sistemas de grupos sanguı́neos e os métodos para determinação do tipo sanguı́neo, com foco nos sistemas ABO e Rh. A Seção III contém uma breve revisão sobre os fundamentos do processamento digital de imagens. Na Seção IV, são descritos os materiais e métodos empregados para a elaboração do software, e na Seção V são apresentados os resultados obtidos com utilização do mesmo. Por fim, são apresentadas as principais conclusões deste trabalho. II. GRUPOS SANGU ÍNEOS Existem diversos sistemas de grupos sanguı́neos, os quais foram identificados com base nos antı́genos localizados nas membranas das hemácias [2]. Os sistemas de grupos sanguı́neos caracterizam os indivı́duos de acordo com o tipo sanguı́neo, que é um fator hereditário [1], [2], [4]. Atualmente são conhecidos cerca de 30 sistemas de grupos sanguı́neos diferentes, desde os mais simples como o sistema ABO, que contém apenas dois antı́genos, até os mais complexos, como os sistemas MNS e Kell, que contêm 46 e 30 antı́genos, respectivamente [8]. Destacam-se para este trabalho os sistemas de grupos sanguı́neos ABO e Rh. A. SISTEMA ABO DE GRUPOS SANGUÍNEOS O sistema ABO foi descoberto por Landsteiner, em 1900, por meio de experimentos para investigar a compatibilidade das transfusões de sangue nos seres humanos, com base nas reações de aglutinação dos glóbulos vermelhos devido à interação de anticorpos e antı́genos especı́ficos [2], [4], [9]. O sistema ABO classifica os tipos sanguı́neos de acordo com a presença e/ou ausência dos antı́genos A e/ou B na membrana eritrocitária. Assim, são reconhecidos quatro tipos sanguı́neos: A, B, AB e O. Se apenas o antı́geno A está presente na membrana das hemácias, têm-se o tipo sanguı́neo A; se apenas o antı́geno B está presente na membrana eritrocitária, têm-se o tipo sanguı́neo B; se ambos os antı́genos A e B estão presentes na membrana das hemácias, têm-se o sangue tipo AB; e se os antı́genos A e B não estiverem presentes na membrana eritrocitária, têm-se o tipo sanguı́neo O [1], [2], [4], [9], [10]. Naturalmente, os indivı́duos não produzem anticorpos para seus próprios antı́genos, porém cada indivı́duo desenvolve anticorpos dirigidos para os antı́genos A e/ou B que estão ausentes na membrana de suas hemácias [1], [2], [4]. Os indivı́duos com sangue tipo A apresentam em seu plasma anticorpos anti-B; pessoas com o sangue do tipo B apresentam anticorpos anti-A; os indivı́duos com tipo sanguı́neo AB não apresentam nenhum desses anticorpos; e os indivı́duos com tipo sanguı́neo O possuem em seu plasma os anticorpos antiA e anti-B [1], [2], [4], [9], [10]. Numa transfusão de sangue, os anticorpos presentes no plasma sanguı́neo reagem com os antı́genos presentes nas hemácias do sangue transfundido, podendo causar uma reação de transfusão [1]. Pode-se observar na Tabela I a relação entre os tipos de sangue do sistema ABO e seus respectivos antı́genos e anticorpos. Tabela I: Relação entre os tipos sanguı́neos do sistema ABO e seus respectivos antı́genos e anticorpos. TIPO SANGUÍNEO A B AB O ANTÍGENO (Hemácias) Aglutinogênio A Aglutinogênio B Aglutinogênio A Aglutinogênio B - ANTICORPO (Plasma Sanguı́neo) Aglutinina Anti-B Aglutinina Anti-A Aglutinina Anti-A Aglutinina Anti-B B. SISTEMA Rh DE GRUPOS SANGUÍNEOS O sistema Rh foi descoberto por Landsteiner no final da década de 30 [4]. Assim como o sistema ABO, o sistema Rh classifica o tipo sanguı́neo de acordo com os antı́genos presentes nas superfı́cies eritrocitárias [4]. O antı́geno utilizado na classificação do sistema Rh é chamado de fator Rh, conhecido também como antı́geno D [1]. O sistema Rh recebeu esse nome devido ao macaco Rhesus, o animal experimental no qual o antı́geno D foi encontrado primeiro [1], [4]. Quando o antı́geno D está presente na membrana das hemácias, o indivı́duo é considerado Rh-positivo, caso contrário, o indivı́duo é considerado Rh-negativo [1], [10]. A princı́pio, uma pessoa Rh-negativo não possui anticorpos direcionados ao antı́geno D em seu plasma, pois esses anticorpos são produzidos quando esse indivı́duo Rh-negativo recebe hemácias com antı́geno D, o que pode ocorrer numa transfusão sanguı́nea, por exemplo [1], [10]. O sistema Rh possui mais de 50 antı́genos, porém o antı́geno D é considerado o de maior importância clı́nica, devido à maior capacidade de produzir reações imunológicas [6]. Existem alterações qualitativas e quantitativas no antı́geno D que dão origem à expressões denominadas, respectivamente, “D parcial” e “D fraco”. Essas variantes do antı́geno D são classificadas como Rh-positivos, porém os indivı́duos D parcial podem desenvolver o anticorpo correspondente [6]. C. TESTES PARA DETERMINAÇÃO DO TIPO SANGUÍNEO A legislação brasileira que trata dos exames de qualificação no sangue de um doador recomenda a tipagem ABO e RhD por meio de testes com reagentes anti-A, anti-B e anti-D [11], [12]. Fig. 1: Exemplo de microtubo utilizado para tipagem do antı́geno D [2]. Existem diversas técnicas disponı́veis para a tipagem sanguı́nea, como por exemplo os métodos em placa, e em tubos. A técnica de tubos requer a mistura da amostra de 31 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 sangue com o conteúdo de microtubos presentes em cartões, que passam pelo processo de centrifugação, e em seguida é realizada a interpretação dos resultados [7]. Um exemplo de microtubos pode ser observado na Fig. 1. Uma das técnicas usuais para determinação do tipo sanguı́neo nos sistemas ABO e Rh utiliza soros contendo anticorpos para os antı́genos A, B ou D [1]. Nessa técnica, conhecida como método em placa, três gotas de sangue são colocadas em lâminas de microscopia, sendo cada gota em uma lâmina. Em seguida, são adicionados os soros anti-A, anti-B e anti-D, em lâminas diferentes. Misturando o soro com a gota de sangue, pode-se ver quando ocorre uma reação de aglutinação. Para a análise no sistema sanguı́neo ABO, se o sangue for do tipo A, a aglutinação ocorrerá na lâmina com o soro anti-A; se o sangue for do tipo B, a aglutinação ocorrerá na lâmina com o soro anti-B; se o sangue analisado for do tipo AB, ocorrerá aglutinação na lâmina com soro anti-A e na lâmina com o soro anti-B; e se o sangue for do tipo O, não ocorrerá aglutinação nas lâminas com o soro anti-A e anti-B [1], [10]. A análise no sistema sanguı́neo Rh é realizada de maneira análoga: se houver aglutinação na lâmina com o soro anti-D, o fator Rh é positivo, caso contrário, se não houver aglutinação na lâmina com o soro anti-D, o fator Rh é negativo [10]. Na Seção seguinte são apresentados alguns fundamentos do processamento digital de imagens, cuja compreensão foi necessária para o desenvolvimento do software, com ênfase nos conceitos que envolvem a segmentação de imagens digitais. B. Limiarização A limiarização é uma técnica de segmentação que utiliza as propriedades e caracterı́sticas da imagem. A aplicação de limiar consiste em segmentar uma imagem em duas regiões, de acordo com um valor de limiar previamente estabelecido. Os pixels com valores maiores que o limiar são colocados em uma região, e os pixels com valores abaixo do limiar são alocados em outra região. A aplicação de um limiar T cria uma imagem binária b(x,y) a partir de uma imagem de intensidade I(x,y), conforme equação 1 [13]. b(x, y) = ( 1 0 se I(x, y) > T para todos os outros valores de I(x, y) (1) Um exemplo da aplicação de limiar de intensidade é apresentado na Fig. 2. É possı́vel observar que a segmentação da imagem muda de acordo com o limiar de luminescência escolhido. Fig. 2: Exemplo da aplicação de limiar para segmentação de imagem. III. PROCESSAMENTO DIGITAL DE IMAGENS A. Detecção de Bordas A detecção de bordas tem por objetivo a identificação de descontinuidades na imagem, isto é, mudanças abruptas na intensidade da imagem, que permitem identificar objetos nela presentes [13]. Uma borda é o limite ou a fronteira entre duas regiões com valores de luminância relativamente distintos. Assume-se que as regiões em questão são suficientemente homogêneas, de maneira que a transição entre duas regiões pode ser determinada com base apenas na descontinuidade dos nı́veis de cinza [14]. A análise está limitada a um perfil horizontal unidimensional, mas a abordagem pode ser aplicada a uma borda de qualquer orientação da imagem. A primeira derivada em qualquer ponto da imagem é obtida usando a magnitude do gradiente naquele ponto e a segunda derivada é obtida similarmente utilizando o laplaciano [14]. Devido à sensibilidade da segunda derivada, seu uso para detecção de bordas em imagens digitais pode ser comprometido pela presença de ruı́dos. As imagens ruidosas necessitam de um filtro de suavização para obtenção de bons resultados. Utilizando a função Gaussiana como filtro de suavização, têm-se o método de segmentação Laplaciano da Gaussiana [15]. Muitas tarefas de processamento de imagens requerem que o valor de limiar seja selecionado de forma automática. O método de Otsu [16] é uma das abordagens utilizadas para seleção automática de limiar global em imagens cujos histogramas são bimodais. a) Método de Otsu: O método de Otsu é uma técnica que determina um limiar ótimo com base na análise discriminante2 . O método pressupõe que os pixels da imagem podem ser separados em duas classes distintas, as quais possuem caracterı́sticas próprias (média, desvio padrão, variância, etc.) [16]. O algoritmo avalia todos os limiares possı́veis da imagem para encontrar o limiar que lhe dá a maior variância inter-classe. Maximizar a variância inter-classe é o mesmo que minimizar a variância intra-classe [18]. Considerando um histograma normalizado de uma imagem de intensidade representada por L nı́veis de cinza [1, 2, · · · , L], teremos em cada nı́vel i um certo número de pixels ni . O númeto total de pixels pode ser denotado por N = n1 + n2 + · · · + nL [16]. A probabilidade de ocorrência de um pixel no nı́vel i é pi = ni /N, pi ≥ 0, L X pi = 1. (2) i=1 2 Análise discriminante é uma técnica estatı́stica utilizada para reconhecimento de padrões [17]. 32 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 Os pixels da imagem podem ser separados em duas classes C0 e C1 por um limiar no nı́vel k. Essas duas classes representam o fundo da imagem e os objetos nela presentes, ou vice versa [16]. Considerando que C0 corresponde aos pixels com nı́veis [1, · · · , k], e C1 aos pixels com nı́veis [k + 1, · · · , L], a probabilidade de ocorrência e a média das classes podem ser determinadas, respectivamente, por w0 = P (C0 ) = k X pi = w(k) (3) i=1 w1 = P (C1 ) = L X pi = 1 − w(k) A. PROCEDIMENTO DE COLETA E ANÁLISE DO SANGUE e µ1 = µ(k) w(k) (5) µT − µ(k) , 1 − w(k) (6) em que µ(k) = k X ipi , (7) i=1 e µT = µ(L) = L X ipi . (8) i=k+1 As variâncias das classes podem ser dadas por σ02 = k k X X pi (i − µ0 )2 P (i | C0 ) = (i − µ0 )2 w 0 i=1 i=1 (9) e σ12 = L X (i − µ1 )2 P (i | C1 ) = i=k+1 R Inicialmente, foi elaborado um código-fonte no MatLab para calcular o desvio padrão dos valores dos pixels que compõem parte de uma imagem digital, visando a detecção da aglutinação das hemácias, após interação com os soros anti-A, anti-B e anti-D. Para esse desenvolvimento foram utilizadas as técnicas de limiarização e detecção de bordas. Após a elaboração do código-fonte, foi desenvolvida uma interface para utilização no procedimento de coleta e análise de sangue. Nesse procedimento foram capturadas as imagens do sangue coletado, após a interação com os soros reagentes, seguidos do processamento da imagem fotografada e da comparação dos resultados obtidos pela análise visual com os resultados obtidos pelo software. (4) i=k+1 µ0 = IV. MATERIAS E M ÉTODOS L X (i − µ1 )2 i=k+1 pi . w1 (10) A variância intra-classe é definida como 2 σW = w0 σ02 + w1 σ12 . (11) Para determinar o limiar ótimo, k ∗ , a variância intra-classe é calculada para todos os possı́veis valores de k. O limiar ótimo será o valor de k que minimiza a variância intra-classe [18]. Na Seção seguinte são descritos os materiais e métodos empregados para o desenvolvimento do software, e para o procedimento de coleta e análise do sangue que possibilitou a utilização da aplicação desenvolvida. O procedimento de coleta e análise do sangue foi realizado no Laboratório de Biologia do IFPB, Campus João Pessoa, exclusivamente para fins da pesquisa que originou este trabalho. Todos os procedimentos foram aprovados pelo Comitê de Ética em Pesquisa (CEP) do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia da Paraı́ba (IFPB), conforme Certificado de Apresentação para Apreciação Ética (CAAE) no 31721214.0.0000.5185. 1) Participantes: Participaram da pesquisa 30 voluntários com idades maiores que 18 anos. Para minimização dos riscos não foram aceitos voluntários com problemas de coagulação sanguı́nea. Todos os participantes assinaram um Termo de Consentimento Livre e Esclarecido (TCLE), para formalizar seu consentimento em participar da pesquisa que originou este trabalho. 2) Materiais Utilizados: No procedimento de coleta e análise do sangue dos participantes foram utilizados materiais descartáveis e de higienização, além de utensı́lios, equipamentos e reagentes. Os materiais descartáveis utilizados foram: luva de procedimento, máscara cirúrgica facial, algodão, microlanceta de metal e palitos de dente. Os materiais de higienização utilizados foram o álcool e o Pvpi (Iodopovidona). Além desses materiais, foram utilizados na preparação do teste de tipagem sanguı́nea algumas lâminas de microscopia e os reagentes anti-A, anti-B, e anti-D. 3) Metodologia de Coleta do Sangue: A coleta de sangue foi realizada por uma bióloga por meio de punção digital, isto é, através de perfuração na face palmar interna da falange distal do dedo médio (ponta do dedo médio), com o auxı́lio de uma microlanceta descartável de metal, para extração de três gotas de sangue. Após o procedimento de coleta o local da punção foi assepsiado com Iodopovidona (PVPI). Cada uma das três gotas do sangue coletado foi disposta em uma lâmina de microscopia diferente. Em seguida, foram colocados em cada gota de sangue um dos três reagentes para análise do tipo sanguı́neo no sistema ABO (soro anti-A e soro anti-B) e no sistema Rh (soro anti-D). 4) Análise do Sangue Coletado: Após a coleta do sangue, procedeu-se à análise visual da interação entre o sangue coletado e os respectivos soros, para indicação do tipo sanguı́neo REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 nos sistemas ABO e Rh do voluntário a partir da observação da reação de aglutinação nas lâminas de microscopia. A análise visual também foi realizada por uma bióloga. Concluı́da a análise, as lâminas de microscopia foram fotografadas para serem analisadas pelo software desenvolvido, e o resultado foi comparado com o obtido pela análise visual. As imagens foram coletadas por uma webcam a uma distância de 10cm da lâmina e sobre iluminação de um negatoscópio. Algumas lâminas também foram fotografadas sobre uma folha de papel A4 branca, sem utilização do negatoscópio, utilizando a câmera digital. B. DESENVOLVIMENTO DO SOFTWARE O software desenvolvido foi ajustado com base em imagens de sangue dos Autores e da equipe do Grupo de Pesquisa, resultando num grupo teste de 15 pessoas. Foram obtidas 45 (quarenta e cinco) imagens após interação de 15 (quinze) amostras de sangue com cada um dos soros anti-A, anti-B e anti-D. Foram utilizadas imagens no formato Portable Network Graphics (PNG). R O processamento das imagens foi realizado no MatLab por meio de funções que permitiram detectar alguns parâmetros da imagem do sangue, como o centro e as bordas da gota de sangue. Estas caracterı́sticas tornam possı́vel o cálculo do desvio padrão dos pixels em determinadas áreas da imagem da gota de sangue. O fluxograma do processamento efetuado pelo software em cada uma das imagens pode ser observado na Fig. 3. 33 que utiliza o método de Otsu, seguida da conversão da imagem para binária. A partir da imagem binária, realiza-se a detecção de bordas e, em seguida, obtêm-se a maior dimensão e o centro do objeto de maior área da imagem, que neste caso é a gota de sangue misturada com o soro reagente. Esses dados são utilizados para detectar a região de interesse, isto é, delimitar a região na qual será medido o desvio padrão dos pixels da imagem. A função utilizada para calcular o desvio padrão permite o processamento em apenas um dos canais de cor da imagem digital RGB, ou na correspondente imagem em escala de cinza. Para o cálculo do desvio padrão nos experimentos optou-se pela utilização do canal de cor G para o sistema ABO e do canal de cor B para o sistema Rh. A partir da imagem original extraı́-se o canal de cor correspondente para medição do desvio padrão na região delimitada. Por fim, com base em um limiar previamente estabelecido, o software avalia por meio de uma estrutura de decisão o desvio padrão mensurado, concluindo pela aglutinação ou não da amostra, conforme o desvio padrão encontrado seja superior ou inferior ao limiar, respectivamente. 1) Escolha do Método de Detecção de Bordas: A detecção de bordas também é realizada com base na imagem binária, por isso, quaisquer dos métodos Sobel, Roberts, Prewitt e LoG poderiam ser utilizados. Optou-se pela utilização do método de segmentação laplaciano da gaussiana (LoG), devido aos contornos arredondados obtidos como resultado. 2) Detecção da Região de Interesse: Nos trabalhos encontrados, relacionados ao tema, a medição do desvio padrão foi realizada na região da imagem delimitada por retângulos [7], ou quadrados [19]. Observa-se que, nos trabalhos relacionados ao tema, a região de interesse localiza-se na área interna da representação da gota de sangue misturada com o reagente, desconsiderando os pixels posicionados nas bordas. Na tentativa de verificar se outras regiões da imagem da gota de sangue seriam mais adequadas para detecção da aglutinação com base no desvio padrão dos pixels, foram estabelecidos três métodos de medição: em linha; na área interna da gota de sangue; e na borda, conforme Fig. 4. Fig. 4: Amostras de sangue com os métodos de medição. Fig. 3: Processamento para detecção da aglutinação. Após a aquisição da imagem, ocorre a conversão da imagem colorida para escala de cinza. Na sequência, é realizada a R limiarização por meio da função do MatLab “graythresh”, Os métodos propostos foram avaliados e o método de medição escolhido foi o da área interna, por ser o mais adequado para se estabelecer um limiar para a detecção da aglutinação com base no desvio padrão. O código desenvolvido para o processamento da imagem da gota de sangue realiza a delimitação da área de medição do desvio padrão de forma automática. 34 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 A medição do desvio padrão dos pixels foi realizada na área delimitada por um quadrado traçado a partir da menor distância diagonal entre o centro e a borda da gota de sangue na imagem. Com base na imagem binária gerada após o processo de limiarização, o software analisa cada pixel posicionado ao longo de linhas diagonais imaginárias, a partir do centro em direção às bordas. Dentre as quatro distâncias obtidas, o menor valor centro-borda é o utilizado para definir a área de medição correspondente a um quadrado. O cálculo do desvio padrão dos valores dos pixels é realizado na área delimitada por esse quadrado, nos canais de cor G (sistema ABO) ou B (sistema Rh). 3) Escolha do Limiar de Desvio Padrão para Detecção de Aglutinação: Do ponto de vista da imagem digital, podese perceber que a aglutinação provoca uma variação nos pixels que representam a gota de sangue, e o desvio padrão pode ser utilizado para detectar essa aglutinação. Um limiar de desvio padrão é estabelecido para que o software possa definir, por meio de uma estrutura de decisão, se houve ou não aglutinação, isto é, se o desvio padrão em uma amostra for superior ao limiar, significa que houve aglutinação, caso contrário, não houve aglutinação. Os trabalhos existentes nessa área, utilizam um limiar de desvio padrão de 16 (dezesseis) [19] ou 20 (vinte) [7], realizando a medição na área delimitada por um quadrado ou por um retângulo traçado dentro da representação da gota de sangue, ambos no canal de cor G [7], [19]. Para o sistema ABO, observa-se na Tabela II que desconsiderando a amostra com aglutinação que apresentou o desvio padrão de 11.0465, destacado em vermelho, os dois valores de limiar (16 ou 20) poderiam ser utilizados. Foi escolhido o limiar de 20 (vinte) para o sistema ABO. Tabela II: Resultado do desvio padrão utilizando o método de medição na área interna para o sistema ABO. Desvio Padrão Amostras Amostras com Aglutinação sem Aglutinação 26.5070 13.9525 47.9692 14.3767 25.8913 10.8783 26.0017 9.0447 37.6965 12.1033 30.6525 11.3819 29.6085 10.6303 11.0465 11.3081 23.6387 10.6659 37.1399 12.8011 14.2021 12.0481 8.4330 6.2663 10.9063 8.6525 13.2413 11.8741 14.4879 12.6066 Para o sistema Rh, verifica-se na Tabela III que um limiar aceitável para detecção da aglutinação nas amostras utilizadas para ajuste do software, utilizando o canal B, estaria entre entre o maior desvio padrão encontrado nas amostras sem aglutinação (6.6477) e o menor desvio padrão encontrado nas amostras com aglutinação (9.5832), desconsiderando as amostras com aglutinação que apresentaram desvios padrões de 3.7651 e 6.1286, destacados em vermelho. Foi escolhido o limiar de 8 (oito) para o sistema Rh, por ser o número inteiro mais próximo da média dos valores de desvio padrão 6.6477 e 9.5832. Tabela III: Resultado do desvio padrão utilizando o método de medição na área interna para o sistema Rh. Desvio Padrão Amostras Amostras com Aglutinação sem Aglutinação 15.0555 3.3823 13.5134 6.6477 11.6333 16.3302 15.2270 9.5832 14.8908 10.9316 11.4775 3.7651 11.7736 6.1286 17.6153 - Após a escolha do canal a ser utilizado no cálculo do desvio padrão, do método de detecção de bordas, da região de interesse e do limiar de desvio padrão para detecção de aglutinação, R , conforme foi desenvolvida uma interface usando o MatLab Fig. 5. Na Fig. 5 pode-se observar um exemplo do resultado exibido na interface do software desenvolvido, após o processamento das imagens do sangue misturado com os reagentes anti-A (Imagem 1), anti-B (Imagem 2) e anti-D (Imagem 3). Na Seção seguinte são apresentados os resultados obtidos pelo software desenvolvido e a comparação entre esses resultados e aqueles obtidos pela análise visual do sangue após a interação com os soros utilizados para a tipagem sanguı́nea. V. RESULTADOS Foram realizados 30 (trinta) testes para determinação do tipo sanguı́neo nos sistemas ABO e Rh, conforme procedimentos descritos na Subseção IV-A. Após o procedimento de coleta e análise visual do sangue, as amostras foram fotografadas e, em seguida, processadas pela aplicação desenvolvida. As amostras foram enumeradas de 1 a 30, cada uma associada à três imagens, referentes à interação com cada um dos três soros reagentes utilizados para o teste de tipagem sanguı́nea (anti-A, anti-B e anti-D). As amostras foram fotografadas por uma webcam utilizando a resolução de 640 X 360 pixels. Algumas imagens também foram fotografadas por uma câmera fotográfica utilizando a 35 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 R Fig. 5: Interface desenvolvida no MatLab . resolução de 4320 X 3240 pixels. A resolução influencia bastante no resultado de desvio padrão, porém pouca diferença se nota com relação à delimitação da área de medição, conforme se observa na Fig. 6 e na Fig. 7. canal B, para o sistema Rh. Foram estabelecidos os limiares de desvio padrão para detecção da aglutinação de 20 (vinte) para o sistema ABO, e de 8 (oito) para o sistema Rh. Na Tabela IV são apresentados os resultados obtidos pelo software com utilização de imagens das amostras 09 a 30, capturadas pela câmera fotográfica com resolução de 4320 X 3240 pixels. Os valores que ultrapassaram os limiares estabelecidos foram destacados em vermelho para melhor visualização. Tabela IV: Resultados obtidos utilizando imagens capturadas com resolução de 4320 X 3240. o Fig. 6: Delimitação da região de interesse na amostra n 14 com soro anti-A, capturada com resolução de 4320 X 3240 pixels. Fig. 7: Delimitação da região de interesse na amostra no 14 com soro anti-A, capturada com resolução de 640 X 360 pixels. O desvio padrão foi calculado na área interna da gota de sangue, utilizando o canal de cor G, para o sistema ABO, e o No DA AMOSTRA 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 RESULTADO OBTIDO PELO SOFTWARE BAOO+ O+ AAAO+ OA+ AA+ A+ O+ BBB+ O+ O+ OA- DESVIO PADRÃO SISTEMA ABO SISTEMA Rh ANTI-A ANTI-B ANTI-D 6.4359 39.7295 6.4301 36.4380 11.0302 7.2579 12.5679 8.3595 4.2589 8.7703 6.3323 8.1049 19.5558 2.6552 14.2481 34.5064 10.5945 4.3961 32.2905 8.2999 7.5868 27.5239 6.4579 2.7397 5.6252 8.3192 10.4262 9.3647 5.7142 6.9500 35.9970 12.2629 9.3291 29.6507 7.9013 3.9023 34.5001 10.6240 24.0274 34.6867 7.0981 15.9075 13.0998 12.8128 8.4899 3.0362 31.4906 7.3216 2.2472 24.2447 4.2175 11.0906 48.7969 26.7196 12.5138 7.0682 10.5597 10.4565 10.6216 27.0984 8.8509 5.8719 4.8546 40.3666 1.7339 6.4349 REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 36 Para avaliar o desempenho do software, os resultados obtidos foram comparados com os resultados da análise visual realizada por uma bióloga. Na Tabela V são exibidos os resultados da análise visual e os resultados obtidos pelo software desenvolvido, utilizando as imagens capturadas pela câmera fotográfica. Tabela V: Comparação entre os resultados da análise visual e os resultados obtidos pelo software. No DA AMOSTRA 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 RESULTADO DA ANÁLISE VISUAL B+ AOO+ A+ A+ AA+ O+ O+ A+ AA+ A+ O+ B+ B+ B+ O+ O+ O+ A- RESULTADO OBTIDO PELO SOFTWARE BAOO+ O+ AAAO+ OA+ AA+ A+ O+ BBB+ O+ O+ OA- ACERTO / ERRO SISTEMA SISTEMA ABO Rh ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO Comparando-se os resultados da análise visual com os obtidos pelo software, utilizando imagens capturadas pela câmera fotográfica com resolução de 4320 X 3240 pixels, verificou-se apenas um erro para o sistema ABO e 7 (sete) erros para o sistema Rh. O erro relacionado ao sistema ABO poderia ter sido evitado com a alteração do limiar de desvio padrão para detecção de aglutinação de 20 (vinte) para 16 (dezesseis), por exemplo, pois o desvio padrão calculado pelo software para a amostra que apresentou erro foi de 19.5558, conforme Tabela IV. Além disso, as demais amostras consideradas aglutinadas no sistema ABO possuem desvio padrão superior a 16 (dezesseis), enquanto que as consideradas não aglutinadas possuem desvio padrão inferior a 16 (dezesseis). Quanto ao sistema Rh, observa-se que os erros resultam da diferença de padrões de aglutinação decorrentes da interação da amostra de sangue com o soro anti-D. As reações de aglutinação que ocorrem nas bordas da gota de sangue misturada com o soro reagente não são detectadas pelo desvio padrão calculado pelo método de medição na área interna. Para este trabalho, foram considerados principalmente os resultados obtidos com utilização de uma webcam, por terem sido capturadas logo após o procedimento de coleta e análise do sangue. Na Tabela VI são apresentados os resultados obtidos pelo software desenvolvido, para as amostras de sangue dos 30 (trinta) participantes, capturadas com utilização da webcam com resolução de 640 X 360 pixels. Os valores que ultrapassaram os limiares estabelecidos também foram destacados em vermelho. Tabela VI: Resultados obtidos utilizando imagens capturadas por uma webcam com resolução de 640 X 360. No DA AMOSTRA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 RESULTADO OBTIDO PELO SOFTWARE A+ AB+ O+ OO+ A+ O+ O+ B+ A+ O+ O+ AA+ A+ A+ O+ O+ A+ A+ A+ A+ O+ B+ B+ B+ O+ O+ O+ A+ DESVIO PADRÃO SISTEMA ABO SISTEMA Rh ANTI-A ANTI-B ANTI-D 31.9495 12.2851 11.2940 21.9626 22.3661 16.1197 3.6432 3.8529 8.3331 13.2018 4.5373 6.7349 11.7948 12.9074 8.7779 24.3195 11.2574 16.5374 16.6601 13.8954 11.3142 9.5678 10.8889 14.3661 12.6703 25.4056 12.0037 26.6682 11.1023 11.2051 15.3591 11.9619 11.1925 8.4412 9.1193 8.7415 23.6277 4.0280 7.6411 20.5185 10.1973 15.2178 28.9069 12.6823 10.3745 21.2812 13.0230 14.0708 10.3353 18.9865 11.3782 13.4751 11.9392 10.4381 41.4653 11.6388 11.1740 31.2939 15.1331 19.5437 47.5558 13.8825 21.0112 29.1065 13.2705 15.3423 14.4004 14.9585 11.5442 4.4594 37.0694 20.2789 11.7250 28.9080 12.1538 9.8544 30.6932 12.1913 12.1696 18.9825 10.4011 12.8732 13.4476 12.7697 14.7973 16.2159 9.4123 43.3547 4.6859 11.7729 A Tabela VII permite comparar os resultados da análise visual e os resultados obtidos pelo software. É possı́vel perceber que para o sistema ABO o software desenvolvido conseguiu detectar a aglutinação em todos os casos, apresentando resultados idênticos aos da análise visual. Para o sistema Rh aconteceram erros principalmente quando da ocorrência do Rh negativo na análise visual. Isso se deve aos diferentes padrões de aglutinação nas reações do sangue com o soro anti-D. Além disso, a qualidade da imagem capturada influencia decisivamente nos resultados auferidos. Anaisando-se a Tabela VII, depreende-se que o percentual de acerto para o sistema ABO foi de 100% para um universo de 30 (trinta) amostras, utilizando o método de medição da área interna da gota de sangue para o cálculo do desvio padrão no canal de cor G da imagem capturada por uma webcam com baixa resolução e com iluminação de um negatoscópio. Quanto ao sistema Rh, o percentual de acerto foi de 80%, porém os resultados indicam a necessidade de maior estudo e o desenvolvimento de técnicas especı́ficas para o processamento da imagem nesse sistema. REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 VI. DISCUSS ÃO E CONCLUS ÃO No Brasil, não foram encontrados estudos relacionados ao tema. Foram encontrados apenas dois estudos desenvolvidos em Portugal. O primeiro, publicado no XI Congresso Brasileiro de Informática em Saúde, foi desenvolvido no Instituto Politécnico do Cávado e do Ave [7] e o segundo, na Escola de Engenharia da Universidade do Minho [19]. Tabela VII: Comparação entre os resultados da análise visual e os resultados obtidos pelo software. No DA DA AMOSTRA 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 RESULTADO DA ANÁLISE VISUAL A+ AB+ O+ OO+ A+ O+ O+ B+ AOO+ A+ A+ AA+ O+ O+ A+ AA+ A+ O+ B+ B+ B+ O+ O+ O+ A- RESULTADO OBTIDO PELO SOFTWARE A+ AB+ O+ OO+ A+ O+ O+ B+ A+ O+ O+ AA+ A+ A+ O+ O+ A+ A+ A+ A+ O+ B+ B+ B+ O+ O+ O+ A+ ACERTO / ERRO SISTEMA SISTEMA ABO Rh ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ACERTO ERRO O primeiro trabalho encontrado apresenta uma metodologia também baseada no método em placa, utilizando o desvio padrão para detectar a aglutinação. As imagens de cada amostra de sangue após interação com os reagentes foram capturadas por uma máquina fotográfica (Sony Cyber-shot DSC-S600) e processadas individualmente pela aplicação deR senvolvida em LabVIEW . O cálculo do desvio padrão foi realizado numa área retangular dentro da representação da gota de sangue misturada com o reagente, utilizando o canal de cor G, porém não há menção de que essa área tenha sido delimitada automaticamente. O limiar de desvio padrão para detecção da aglutinação utilizado foi de 20 (vinte), tanto para o sistema ABO quanto para o sistema Rh. Foram utilizados quatro tipos de reagentes nesse primeiro estudo mencionado: anti-A, anti-B, anti-AB e anti-D. A utilização do reagente anti-AB é recomentada quando os reagentes são policlonais, que são reagentes com pouca especificidade. No presente trabalho foram utilizados reagentes monoclonais, que são reagentes homogêneos em estrutura 37 muito especı́ficos no reconhecimento de antı́genos. Quando se usam reagentes monoclonais, a utilização do soro anti-AB não é obrigatória [11]. Esse primeiro trabalho limitou-se a divulgar a possibilidade de detecção da aglutinação por meio do desvio padrão dos pixels da imagem do sangue após interação com os reagentes, uma vez que não foram apresentados resultados da utilização da aplicação em uma quantidade significativa de amostras. O segundo trabalho encontrado, com foco no desenvolvimento de um sistema mecatrônico, utiliza a aplicação desenvolvida por Ana Ferraz, uma das autoras do primeiro trabalho mencionado, no mestrado em Bioinformática pela Universidade do Minho, cuja dissertação intitulada “Caracterização de amostras sanguı́neas recorrendo a técnicas de processamento de imagens” não foi apreciada por não ter sido encontrada a respectiva publicação. O cálculo do desvio padrão também foi realizado numa área retangular dentro da imagem do sangue com o reagente, sem menção de que essa área tenha sido delimitada automaticamente e do canal de cor utilizado no processamento das imagens. Foi estabelecido um limiar de desvio padrão para detecção da aglutinação de 16 (dezesseis), tanto para o sistema ABO quanto para o sistema Rh. O segundo estudo mencionado limitou-se a analisar a viabilidade da determinação do tipo sanguı́neo nos sistemas ABO e Rh, realizando o processamento de amostras catalogadas, cedidas pelo Instituto Português do Sangue e da Transplantação, correspondentes aos tipos sanguı́neos A+ , A- , B+ , B- , AB+ , AB- , O+ e O- , sem a integração necessária para que a aplicação exibisse o resultado final do teste. Considerando que os estudos encontrados não avaliaram em termos quantitativos as respectivas aplicações desenvolvidas, não há como comparar os resultados obtidos por este trabalho com aqueles apresentados pela literatura encontrada. Este trabalho diferencia-se dos outros estudos encontrados pela utilização de limiares de desvio padrão diferentes para o sistema ABO e Rh, pela integração do dispositivo de captura de imagens (webcam) à aplicação desenvolvida, pela utilização do canal de cor B para o sistema Rh e pela aplicação do teste manual em lâmina, baseado no método em placa, utilizando reagentes monoclonais. Na prática, o teste manual em lâmina ainda é utilizado, pois devido ao custo elevado, que pode chegar a e191.463,00 [19], os pequenos hospitais e laboratórios nem sempre contam com equipamentos modernos e seguros para o teste de tipagem sanguı́nea. A utilização do programa permite identificar a aglutinação com base no desvio padrão dos valores dos pixels da imagem do sangue, após interação com os reagentes utilizados para classificação sanguı́nea, contribuindo para a minimização do risco de falha humana na interpretação dos resultados da aplicação do teste de tipagem sanguı́nea manual em lâmina. Neste trabalho foram vistos os conceitos fundamentais referentes aos sistemas de grupos sanguı́neos e ao processamento digital de imagens, conceitos estes que foram aplicados no desenvolvimento de um software para determinação do tipo sanguı́neo nos sistemas ABO e Rh, a partir do processamento das imagens de sangue após a interação com os soros utilizados para a tipagem sanguı́nea. Foram desenvolvidas técnicas REVISTA DE TECNOLOGIA DA INFORMAÇÃO E COMUNICAÇÃO, VOL. 5, NO. 1, MAIO 2015 38 de medição do desvio padrão nessas imagens para detecção da aglutinação que indica, em última análise, o tipo sanguı́neo de um indivı́duo. Os resultados demonstram que, para o sistema ABO, a utilização do desvio padrão calculado pela técnica desenvolvida permite a obtenção de um percentual de acerto de 100%, utilizando uma baixa resolução na captura da imagem. Nas imagens capturadas com alta resolução, percebe-se que a alteração do limiar para detecção da aglutinação de 20 (vinte) para 16 (dezesseis) reduziria o erro do software. Portanto, pode-se concluir que o limiar deve ser ajustado de acordo com a resolução do dispositivo de captura de imagens. Considerando o ajuste de limiar mencionado acima, observa-se que os resultados apresentados com utilização dos dois dispositivos (webcam e câmera fotográfica) são semelhantes para o sistema ABO, pois o percentual de acerto seria de 100% para os dois dispositivos. Para o sistema Rh, os resultados revelam que a diversidade de padrões de aglutinação do sangue após a reação com o soro anti-D, dificulta a aplicação de uma mesma técnica que funcione para a maioria dos casos. Na literatura referente ao tema observa-se que o sistema Rh é pouco mencionado. Possivelmente, isso se deve à grande complexidade desse sistema, que possui uma grande diversidade de antı́genos, conforme descrito na Subseção II-B. Muitas vezes é preciso recorrer a testes moleculares para a determinação do tipo sanguı́neo no sistema Rh. Torna-se necessário, portanto, o desenvolvimento de técnicas mais avançadas para o processamento das imagens nesse sistema. Como trabalhos futuros, pode-se apontar o aperfeiçoamento da detecção de aglutinação em amostras submetidas ao soro reagente anti-D, utilizando-se uma combinação das técnicas de medição apresentadas neste trabalho, ou avaliando-se toda a imagem da gota de sangue misturada com o reagente. Sugerese que sejam obtidas imagens de amostras de sangue junto a laboratórios que realizam o teste de tipagem sanguı́nea rotineiramente, como forma de melhor avaliar o software desenvolvido, considerando a precisão dos resultados. Sugere-se ainda o desenvolvimento de uma aplicação para smartphones, ou a adaptação do software desenvolvido para uma linguagem de programação que permita o registro da aplicação. Para tornar o sistema versátil, pode-se adaptar a aplicação para processamento de uma só imagem, com as três lâminas contendo o sangue após interação com os respectivos reagentes. R EFER ÊNCIAS [1] B. J. Cohen and D. L. Wood, MEMMLER, O Corpo Humano na Saúde e na Doença, 9th ed. São Paulo: Manole, 2002, p. 227-242. Tı́tulo original: Memmler‘s the Human Body in Health and Disease. [2] A. L. Girello and T. I. B. B. Kühn, Fundamentos da Imuno-Hematologia Eritrocitária. São Paulo: SENAC, 2002, p. 85-87; 119-120; 137. [3] I. P. Liu, “Análise de Resultados da Tipagem Sanguı́nea Antes e Após a Implantação da Técnica de Semiautomação.” Monografia (Biomedicina), Universidade Federal do Rio Grande do Sul, Porto Alegre, RS, 2012. [4] L. B. Jorde, J. C. Carey, and M. J. Bamshad, Genética Médica, 4th ed. 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