Notícia

Órgãos artificiais ‘inteligentes’ facilitam treinamento de cirurgiões

W. Scheible

Fonte

Universidade de Stuttgart

Data

terça-feira, 28 setembro 2021 06:20

Áreas

Cirurgia. Engenharia Biomédica. Medicina.

Pesquisadores do gurpo de pesquisa Cyber ​​Valley da Universidade de Stuttgart, na Alemanha, criaram ferramentas educacionais médicas que podem potencialmente treinar os cirurgiões do futuro, assim como os simuladores de voo treinam os pilotos. A equipe desenvolveu uma série de objetos simuladores de órgãos para servir como plataformas de treinamento para cirurgiões. Graças aos dados estruturados de profissionais médicos experientes, uma avaliação quantitativa e objetiva das habilidades de um profissional em treinamento pode ser realizada em tempo real.

Embora o treinamento de jovens cirurgiões sempre exija a orientação e experiência de um cirurgião sênior, os métodos de treinamento assistido por inteligência artificial (IA) podem um dia fornecer um apoio valioso. Baseando-se em dados, essas tecnologias podem aprimorar o treinamento, complementando as instruções com informações sobre como um tumor pode ser removido do tecido saudável da melhor maneira, por exemplo.

Até agora, a educação cirúrgica tem sido desafiadora em vários níveis: não apenas os jovens cirurgiões têm tempo limitado para a prática, mas eles também devem ser supervisionados por cirurgiões experientes, cujas agendas são frequentemente apertadas. Ao mesmo tempo, é difícil encontrar tecido humano e usar animais para treinar alunos levanta questões éticas. Praticar com pacientes também está fora de questão, pois o risco de algo dar errado ou não atender aos padrões médicos é muito alto.

Desenvolvimento de órgãos artificiais como componentes do ambiente de treinamento

Em resposta a esses desafios, pesquisadores da Universidade de Stuttgart criaram ferramentas educacionais que poderiam ser usadas para treinar cirurgiões. A equipe, formada por engenheiros e médicos, desenvolveu uma série de órgãos artificiais – entre eles um fígado, um rim e uma bexiga. Com esses órgãos artificiais, os cientistas pretendem criar uma plataforma de treinamento que forneça cenas cirúrgicas de alta fidelidade e uma avaliação quantitativa e objetiva das habilidades do aluno em tempo real. Em última análise, os cientistas querem desenvolver órgãos que sejam facilmente reproduzíveis e padronizados, pois isso possibilitaria seu uso na formação de cirurgiões em todo o mundo.

Os órgãos artificiais são conhecidos como ‘gêmeos ciberfísicos’, que são sistemas físicos combinados com recursos virtuais. A consistência do tecido, a anatomia, a percepção háptica e até mesmo a aparência dos minúsculos vasos sanguíneos são muito semelhantes aos órgãos naturais. Além disso, os sensores medem uma gama de parâmetros, incluindo as habilidades motoras finas do cirurgião ao mover um endoscópio através do órgão, se uma agulha perfurou corretamente o local necessário ou o tempo necessário para localizar todos os tumores. Um algoritmo de código aberto poderia distinguir a detecção adequada de lesões ou alterações, como carcinomas ou pedras nos rins. Uma vez que o endoscópio atinja o alvo realista, o aluno pode simular uma biópsia  e tentar melhorar a precisão e eficiência em cada sessão. Ao mesmo tempo, são coletados dados que não estariam disponíveis de outra forma, mesmo em um procedimento cirúrgico real em um paciente.

O ambiente de treinamento torna possível a avaliação das operações

“Se olharmos para a visão computacional ou o processamento de linguagem natural, os dados são muito ricos e estruturados. Mas na área da medicina, principalmente em cirurgias, a coleta de dados é muito difícil. Como quantificar a qualidade de um procedimento cirúrgico? Uma cirurgia na vida real acontece em um ambiente no qual a coleta de dados em tempo real é quase impossível”, disse o Dr. Tian Qiu, líder do grupo de pesquisa Cyber Valley Biomedical Microsystems da Universidade de Stuttgart. O grupo, que se concentra na integração de hardware com algoritmos de inteligência artificial, desenvolve ferramentas que coletam grandes quantidades de dados em medicina para aprender com eles e melhorar procedimentos e ferramentas cirúrgicas minimamente invasivas. A equipe colabora de perto com médicos dos hospitais universitários em Freiburg e Tübingen, na Alemanha.

Um simulado para cirurgiões

Manipular um endoscópio, equipado com uma câmera em miniatura na ponta e operado fora do corpo do paciente, é outra parte importante do treinamento de um cirurgião. “Um protótipo que desenvolvemos pode medir habilidades específicas de controle endoscópico”, explicou Do Yeon Kim, doutorando e pesquisador do grupo. “Quando um trainee navega por um órgão, muitos fatores são considerados. Por exemplo, eles devem avaliar quanto tempo leva para rastrear todas as áreas dentro do órgão e se certificar de que não perderam nada e que detectaram todos os tumores em um período de tempo razoável. ” Para avaliar as habilidades de manipulação, Do Yeon Kim treinou o algoritmo com dados fornecidos por médicos experientes. O desempenho de um trainee é então medido em relação a esses limites. “Pode-se dizer que criamos um ‘simulador de voo’ avançado para cirurgiões”, concluiu o pesquisador.

Os estudos resultaram em dois artigos publicados recentemente na revista científica Annals of Biomedical Engineering.

Acesse o primeiro artigo científico completo (em inglês).

Acesse o segundo artigo científico completo (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade de Stuttgart (em inglês).

Fonte: Melina Danieli, Cyber Valley Communications, Universidade de Stuttgart. Imagem: W. Scheible.

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