Método de segmentação de fibras colágenas em imagens histológicas de rim de camundongos utilizando o algoritmo de clusterização não supervisionado K-Means

Abstract

A fibrose renal, doença caracterizada pelo aumento na produção da matriz extracelular (MEC) no rim de forma não natural, pode levar à disfunção. Desta forma, a grande maioria dos pacientes com doença renal crônica (DRC), que atinge cerca de dez milhões de brasileiros, acaba apresentando elevação de MEC. Considerando que um dos elementos mais abundantes na MEC é o colágeno e este possui funções na micro e na macroestrutura renais, a sua diminuição ou aumento pode levar à alterações funcionais do órgão, com repercussões sistêmicas. Sendo assim, estudos acerca da quantificação dessa proteína em tecidos saudáveis e patológicos podem auxiliar no entendimento sobre os mecanismos de algumas doenças. Com o objetivo de determinar a deposição de colágeno em cortes histológicos, uma coloração muito utilizada é a PicroSirius Red. No entanto, as imagens histológicas provenientes desse método de coloração precisam ser capturadas em microscópio sob luz polarizada. Os microscópios com tal recurso costumam ser mais caros e o processo de aquisição das imagens exige maior tempo. Desta forma, o presente estudo tem como objetivo o desenvolvimento de um método para segmentação do colágeno em imagens histológicas de rins de camundongos, coradas com PicroSiriusred a partir do algoritmo de clusterização K-means, obtidas em microscópio óptico sem o uso de luz polarizada. Nesse estudo foram utilizadas 7 imagens histológicas de rim de ratos, obtidas com os respectivos padrões ouros e 20 imagens de campo claro. As imagens foram processadas em linguagem Python com uso de software livre, submetidas a ajustes e foram extraídas características para a construção do espaço de atributos. Esse espaço foi submetido ao algoritmo de clusterização K-Means para a classificação dos pixels da imagem. As imagens gold standard foram obtidas em microscópio óptico sob luz polarizada e as regiões de interesse destas imagens foram binarizadasutilizando o Método de Otsu. Desta forma, o método proposto retornou um valor médio de verdadeiro positivo igual 71,09%, possibilitando a análise qualitativa das fibras colágenas em imagens obtidas em microscópio óptico. Estes resultados demonstram a viabilidade do método proposto e abrem espaço para posteriores ajustes e melhoramento da técnica, que possibilitará a realização da análise e quantificação de colágeno, utilizando um microscópio óptico simples.