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Skin lesion monitoring and reconstruction using computational methods and monte carlo simulations in biomedical optics (2025)

  • Authors:
  • Autor USP: PALAMONI, OTÁVIO PEREZ - IFSC
  • Unidade: IFSC
  • Sigla do Departamento: FCM
  • DOI: 10.11606/D.76.2025.tde-06102025-080843
  • Subjects: FÍSICA ÓPTICA; MÉTODO DE MONTE CARLO; PELE
  • Keywords: 3D reconstruction; Análise de lesões; Estimativa de volume; Imagem médica; Lesion analysis; Medical imaging; Monte Carlo simulation; Reconstrução 3D; Simulação de Monte Carlo; Volume estimation
  • Agências de fomento:
  • Language: Inglês
  • Abstract: A análise volumétrica precisa de lesões cutâneas desempenha um papel crucial tanto na pesquisa clínica quanto na pré-clínica. No contexto clínico, ela fornece métricas objetivas para o monitoramento da progressão da doença, avaliação da resposta ao tratamento e apoio às decisões terapêuticas. Em estudos pré-clínicos, a quantificação confiável das lesões é igualmente importante para a avaliação de terapias experimentais e para o estabelecimento de critérios éticos de desfecho em modelos animais. Apesar de sua relevância, as técnicas convencionais de medição — como o uso manual de paquímetros e réguas — são limitadas pela variabilidade do operador e pela baixa reprodutibilidade, evidenciando a necessidade de abordagens mais robustas e automatizadas.Este trabalho apresenta um pipeline computacional desenvolvido para estimar volumes de lesões a partir de imagens RGB, sem depender de sensores de profundidade dedicados. O método combina estimação monocular de profundidade — utilizando o modelo MiDaS — com reconstrução 3D e voxelização, permitindo preservar a morfologia da lesão e calcular seu volume por meio da contagem de voxels. O pipeline foi testado em etapas de complexidade crescente. Inicialmente, simulações com objetos virtuais de geometria conhecida foram utilizadas para confirmar a confiabilidade matemática da abordagem. Em seguida, o método foi aplicado a modelos físicos, incluindo objetos impressos em 3D e artesanais, mostrando forte concordânciaentre volumes estimados e de referência (acima de 98% em condições ideais). A validação in vivo foi realizada em modelos murinos com lesões cutâneas, demonstrando a viabilidade da aplicação do método em condições mais realistas e variáveis. Além da estimativa volumétrica, as estruturas voxelizadas reconstruídas foram incorporadas em simulações de transporte de fótons utilizando o framework Monte Carlo eXtreme (MCX). Essa integração demonstrou que reconstruções baseadas em mapas de profundidade podem ser usadas para criar domínios espaciais em modelos de propagação de fótons, com potencial aplicação em áreas da óptica biomédica, como planejamento de fototerapia ou diagnósticos ópticos. O pipeline mostrou-se de baixo custo, acessível e adaptável. Ele pode ser executado em computadores convencionais e utilizado sem a necessidade de equipamentos especializados, tornando-se uma ferramenta potencialmente valiosa para laboratórios ou ambientes de pesquisa clínica. Os scripts e ferramentas desenvolvidos neste projeto estão disponíveis em plataformas de código aberto, a fim de apoiar futuros aprimoramentos e ampliar seu uso em pesquisas e aplicações práticas
  • Imprenta:
  • Data da defesa: 07.08.2025
    • Acesso à fonteAcesso à fonteDOI
    Informações sobre o DOI: 10.11606/D.76.2025.tde-06102025-080843 (Fonte: oaDOI API)
    • Este periódico é de acesso aberto
    • Este artigo NÃO é de acesso aberto
    How to cite
    A citação é gerada automaticamente e pode não estar totalmente de acordo com as normas

    • ABNT

      PALAMONI, Otávio Perez. Skin lesion monitoring and reconstruction using computational methods and monte carlo simulations in biomedical optics. 2025. Dissertação (Mestrado) – Universidade de São Paulo, São Carlos, 2025. Disponível em: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-06102025-080843/. Acesso em: 25 fev. 2026.

    • APA

      Palamoni, O. P. (2025). Skin lesion monitoring and reconstruction using computational methods and monte carlo simulations in biomedical optics (Dissertação (Mestrado). Universidade de São Paulo, São Carlos. Recuperado de https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-06102025-080843/

    • NLM

      Palamoni OP. Skin lesion monitoring and reconstruction using computational methods and monte carlo simulations in biomedical optics [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-06102025-080843/

    • Vancouver

      Palamoni OP. Skin lesion monitoring and reconstruction using computational methods and monte carlo simulations in biomedical optics [Internet]. 2025 ;[citado 2026 fev. 25 ] Available from: https://www.teses.usp.br/teses/disponiveis/76/76135/tde-06102025-080843/

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