Modelos anatômicos 3D para a formação médica e intervenções cirúrgicas

José Pichel Andrés/DICYT Profissionais e estudantes relacionados com o mundo da medicina já tem a sua disposição ferramentas para conhecer melhor o corpo humano: modelos anatômicos em três dimensões (3D) e interativos criados pela equipe da Universidade de Salamanca dirigida por Juan Antonio Juanes Méndez, cientista do Departamento de Anatomia e Histologia Humana, em colaboração com diversos especialistas de outras partes da Espanha que trabalham em cada um dos campos para os que se desenvolveram estas ferramentas: anatomia maxilo-facial, estudos sobre o mal de Parkinson, da pele e outros.

Trata-se de um software que permite ver partes do organismo de acordo com a vontade do usuário: em diferentes planos de cortes milimétricos (axial, coronal e sagital), com informação de cada elemento e suas relações, isolando-lhe ou girando a imagem até obter o ângulo de visão desejado. No entanto, é muito mais que um aplicativo docente, já que possibilita a análise de todo o conjunto e revela nova informação valiosa para os especialistas no momento de efetuar diagnósticos e tratamentos, assim como desenvolver intervenções cirúrgicas. Ademais, a equipe trabalha no uso destas ferramentas em cirurgia em tempo real através de realidade aumentada.

Toda esta linha de trabalho surgiu em colaboração com a equipe de Alberto Prats, professor da Universidade de Barcelona, para um primeiro projeto de um cérebro virtual em 3D, chamado UB-Brain. Este trabalho foi desenvolvido a partir da informação oferecida pelo projeto Visible Human, da Biblioteca Nacional de Medicina dos Estados Unidos, que seccionou um corpo humano por completo em cortes de um milímetro graças a um condenado à morte que concordou em doar seu corpo para a pesquisa.

Técnicas

Com este material, “reconstruímos cada uma as estruturas cerebrais dando-lhes textura até compor uma imagem tridimensional que não é possível observar atualmente através de técnicas de imagem diagnósticas”, assinala Juanes. Isto é, hoje em dia técnicas como a ressonância magnética não podem mostrar componentes de forma isolada e em 3D, menos ainda de estruturas tão complexas como o cérebro humano.

Este primeiro modelo anatômico, desenvolvido há 8 anos, obteve tanto sucesso que foram distribuídas milhares de cópias por toda Espanha e América Latina. Atualmente está sendo preparada uma nova versão melhorada e em inglês.

Apesar de ser o primeiro atlas anatômico interativo em 3D, os autores perceberam que a utilidade de uma ferramenta formativa deste tipo iria muito além do estudo de patologias somente. Por isso, sobre a base deste trabalho, criaram um novo atlas sobre o mal de Parkinson, que permite compreender os mecanismos de ação da doença através de gráficos que explicam a fisiopatologia ou os circuitos afetados. Tratava-se de dar “um salto do aspecto anatômico a uma orientação clínica”.

“Em uma nova versão quisemos usar técnicas de imagem funcional”, assinala o especialista da Universidade de Salamanca: a tomografia computadorizada por emissão de fóton único (SPECT) e a tomografia por emissão de pósitrons (PET). “Estas técnicas diagnósticas oferecem seções coloridas, mas não nos permitem ver imagens diretamente em três dimensões, de maneira que unimos estas imagens com as estruturas cerebrais em 3D”, indica Juanes, que assegura que este novo material impressionou os neurologistas, já que representava “uma contribuição muito importante para conhecer que estruturas anatômicas estavam afetadas”.

A matéria prima é a imagem radiológica e, a partir daí, “reconstruímos o que pode fazer o aparelho”, já que “a segmentação automática não existe, é o nosso grande desafio, chegar a conseguir que um equipamento de ressonância magnética ou de tomografia computadorizada reconheça uma estrutura de forma automática e individualizada, por exemplo, que um osso apareça somente se é a parte que nos interessa”. Isso é especialmente importante no caso do cérebro, devido a que “sua densidade não permite discriminar distintas estruturas”.

Os pesquisadores trabalham com imagens DICOM, um formato especial dos equipamentos de diagnóstico por imagem que posteriormente se processa com um software chamado Amira, a ferramenta que usam para sua reconstrução. Assim, “podemos lê-lo, fazemos uma estrutura em rede, damos-lhe textura e isso pode ser embebido dentro do corte morfológico de ressonância magnética, de tomografia computadorizada ou nas seções do projeto Visible Human”, explica.

Esta informação pode ser completada com um mecanismo de ação de um fármaco, isto é, como atuaria no tratamento de determinadas patologias, o que se analisa com animações gráficas baseadas em imagens reais.

Do ponto de vista formativo são ferramentas muito didáticas, mas algumas possuem implicações mais relevantes que já são usadas. Por exemplo, um modelo anatômico para a anestesia, desenvolvido recentemente, “serve na sala de cirurgia para localizar um nervo e poder anestesiar uma zona”, indica. Em suma, são projetos “abertos” que podem ser aplicados ao estudo da patologia e do tratamento, que pode ser farmacológico ou cirúrgico.

Modelos: trabalho similar para múltiplas aplicações

Apesar dos projetos de modelos anatômicos serem diversos e abarcarem diferentes áreas médicas, compartilham a mesma filosofia de facilitar a aprendizagem por meio da interatividade. “Todas as imagens giram em qualquer posição espacial, você as vê como quiser, o usuário pode decidir o que quer ver e como quer ver, porque cada estrutura pode ser retirada e colocada”, afirma Juan Antonio Juanes.

O trabalho de desenvolver cada um destes modelos leva pelo menos um ano, mas não passa desapercebido pela comunidade científica. O último reconhecimento em forma de prêmio chegou no Concurso Internacional de Cine Médico, Saúde e Telemedicina, celebrado em novembro de 2010, quando Juanes e sua equipe foram premiados por seu modelo para a depressão maior, apesar de que outros trabalhos, como o modelo anatômico da pele ou a reconstrução 3D da pélvis feminina também foram premiados anteriormente.

Sempre com o apoio da empresa “Desarrollos Informáticos Abadia” de Madri, os projetos desenvolvidos são os seguintes:

- Modelo Anatômico do Cérebro o UB-Brain. Baseado no projeto “Visible Human”.

- Mal de Parkinson. Sobre a base do anterior e com a participação do prestigiado neurologista Eduardo Tolosa, do Hospital Clínic de Barcelona.

- Vía Óptica. Elementos anatômicos que integram a via ótica e o sistema oculomotor a partir de seções seriadas de ressonância magnética.

- Pélvis Feminina. Destinado à compressão morfológica dos elementos anatômicos do aparelho genital feminino. Baseado em planos ortogonais de ressonância magnética da pélvis feminina.

- Depressão maior. Para visualizar a atividade cerebral de um paciente com depressão maior, considerada um transtorno do estado de ânimo severo.

- Mão. Reconstrução tridimensional dos ossos da mão após adquirir imagens radiológicas de uma mão. Permite analisar as estruturas anatômicas.

- Maxilo-facial. Mostra a anatomia de diferentes peças dentais. As imagens foram reconstruídas a partir de seções em série do crânio obtidas mediante tomografia computadorizada helicoidal.

- Coluna vertebral. Reconstrução tridimensional das vértebras e visualização de diferentes regiões da coluna. Seu conhecimento morfológico é importante para a estabilidade corporal.

- Pele. Este modelo permitiu recriar pela primeira vez em três dimensões e interatuar com imagens seccionais obtidas por técnicas histológicas.

- Anestesia. A última ferramenta desenvolvida até agora é um atlas dinâmico e interativo para o estudo dos diferentes sistemas neuromusculares das extremidades corporais, um produto informático de simulação clínica que permite realizar uma emulação da exploração ultrassonográfica para bloqueios anestésicos regionais das extremidades superiores e inferiores. Neste caso, os colaboradores foram de Salamanca: Clemente Muriel Villoria, catedrático de Anestesiologia; e Pablo Alonso Hernández e Felipe Hernández Zaballos, do Serviço de Anestesiologia e Reanimação e Terapia da Dor do Hospital Universitário de Salamanca.

Cada um destes projetos foi financiado por diferentes laboratórios farmacêuticos em função da área de interesse do modelo anatômico desenvolvido.

Experimentos com realidade aumentada

Apesar de que no momento só é realizada de forma experimental, os conhecimentos anatômicos e tecnológicos do grupo que desenvolve os modelos na Universidade de Salamanca permiti-lhes pensar na utilização de sofisticadas técnicas para intervenções em tempo real, em particular, através da realidade aumentada, que permite projetar informação sobreposta em imagens reais.

A idéia é projetar imagens isoladas como as que conseguiram nos modelos sobre imagens reais e em tempo real em determinadas intervenções. Por exemplo, pode-se obter a imagem de um órgão ou de um osso de um paciente através de técnicas de imagem para depois utilizá-las sobrepostas em uma intervenção cirúrgica graças a um sistema de coordenadas. Um dos experimentos já realizados mostra uma intervenção odontológica com a mandíbula de um paciente captada anteriormente e depois projetada sobre a imagem real, dando muito mais segurança ao profissional que vê na tela e em três dimensões exatamente o que está fazendo. As aplicações só tem limite na imaginação.