Reconstrução Virtual do Coração Através de Imagens Computacionais

Medicina

21/02/2013

Introdução

Desde os primórdios até os dias atuais, o ensino das ciências da saúde se faz com uso de cadáveres1, animais, ilustrações ou modelos em plástico, que há muitos anos são usados no ensino da Anatomia e Fisiologia. Apesar de toda evolução de recursos computacionais para serem aplicados junto ao ensino2-6, ainda existem setores que apresentam escassez de materiais1 em meio digital.

Um exemplo é o estudo da Anatomia Humana7, onde conhecimentos básicos, previamente adquiridos em aulas teóricas, são colocados em prática a partir da observação de cadáveres e peças anatômicas. No entanto, existem limitações associadas ao uso de cadáveres8 ou cobaias animais, que são caros e difíceis de serem obtidos ou esbarra nos conceitos éticos e legais.

A proposta de desenvolvimento de ambiente de visualização de objetos tridimensionais9 voltada a área biomédica associada a um conjunto de ferramentas de exploração de objetos tridimensionais (3D) vem de encontro com as necessidades de modernização dos métodos de estudo e treinamento de procedimentos biomédicos.10

A rápida evolução da Ciência da Computação11 está permitindo a construção de equipamentos cada vez mais sofisticados e com custo cada vez menor. Isto vem possibilitando a aplicação crescente da Computação Gráfica na Medicina, melhorando a precisão dos resultados 12,13 dos procedimentos médicos, e diminuindo assim, os riscos para o paciente.

Em muitos ramos da ciência aplicada, há um grande interesse em se reconstruir imagens tridimensionais a partir de suas seções transversais, tais como imagens médicas, modelagem geológica e sistemas de fabricação industrial.

Essas seções transversais são obtidas pela interceptação do objeto através de planos paralelos. No caso de imagens médicas, tem-se a Tomografia Computadorizada14 (CT) e a Ressonância Magnética15-17 (MRI) que são duas técnicas comuns para capturar detalhes anatômicos dos pacientes, as quais são armazenadas como imagens bidimensionais.

Este avanço nos instrumentos de aquisição de imagens para as modalidades de diagnóstico por imagens introduziu novas necessidades em termos de tratamento desse tipo de informação. As Imagens são obtidas a partir de uma variedade de equipamentos como tomografia computadorizada. Estas imagens revelam como ficam evidentes estruturas macroscópicas.

A reconstrução é voltada para o estudo torácico, uma vez que a sua dissecação18 é de difícil execução, necessitando de um número significativo de corpos para deixar à mostra a totalidade das estruturas ali existentes, tais como: coração, pulmões que contam com diferenças anatômicas entre si.

Há de se considerar ainda infinidade de traumatismos e patologias que acometem tal região19-21 existentes diariamente no mundo todo. O que torna tal topografia de relevância mundial, uma vez que, os traumatismos, patologias e lesões pulmonares atingem pessoas na faixa etária produtiva, e que tais casos podem levar a graus de incapacidade que pode limitar o indivíduo na realização de atividades laborais e cotidianas. Os traumas torácicos e as patologias respiratórias resultantes do fumo e da poluição ambiental crescente causam incapacidade ao quadro de saúde geral dos sujeitos acometidos, culminando em perda econômica e social. 22
Sendo assim, tal região é de extrema importância no que tange a temática da educação médica, uma vez que o estudo das estruturas torácicas é complexo devido à presença de grande número de estruturas que afetam diretamente a maior parte da população, e da dificuldade de manter tais tecidos em bom estado para estudo no cadáver.

Objetivos

Objetiva-se, em linhas gerais, mostrar a possibilidade da criação do modelo de representação das estruturas constituintes do tórax de forma virtual para uso em aplicações de computação gráfica na área médica.

Enfatiza-se que o uso de imagens tridimensionais23 e relaciona a região com funções através de uma abordagem lúdica, considerando o computador como uma ferramenta para transmissão do conhecimento, para auxiliar professores e alunos quanto à dificuldade de visão espacial de estruturas internas do corpo humano. Poderá solucionar assim as carências de ordem didática pedagógica das disciplinas na área biomédica em Instituições de Ensino Superior, com relação à falta de recursos.

Metodologia

O presente estudo realizou a criação e desenvolvimento das estruturas torácicas16 em ambiente virtual inteligente, a partir de dados provenientes de Tomografia Computadorizada (CT) e Ressonância Magnética (MRI) arquivados no banco de dados de domínio público "Osirix Software Imaging". Para efetuar a elaboração do modelo 3-D das estruturas do tórax foi utilizado o Software 'InVesalius', que é um software público para área de saúde que visa auxiliar o diagnóstico e o planejamento cirúrgico.24

O programa foi desenvolvido pelo antigo CenPRA atual CTI(Centro de Tecnologia da Informação Renato Archer), unidade do Ministério da Ciência e Tecnologia (MCT), através das linguagens de programação Python e C++. Atualmente opera em GNU Linux (Ubuntu, Fedora e OpenSuse já foram testados) e Windows (XP e Vista), sendo que é licenciado pela CC-GNU GPL (Licença Pública Geral) versão 2 (em português).25

Desenvolvimento

Com o avanço dos processos de aquisição de imagens médicas, como a Tomografia Computadorizada e Ressonância Magnética, é possível gerar imagens tridimensionais de alta qualidade, que permitem a visualização, manipulação e análise detalhada de diversas estruturas anatômicas e funcionais do corpo humano. Incorporando a esse avanço técnicas computacionais para a análise de imagens, é possível realizar a construção de modelos tridimensionais.

As imagens obtidas geralmente utilizam a tecnologia digital que obedece às normas internacionais do padrão DICOM (Digital Imaging and Communications in Medicine). Utilizando um programa de reconstrução 3D é possível transformar essas imagens bidimensionais em um modelo tridimensional. A partir de imagens em duas dimensões (2D) obtidas através de equipamentos de tomografia computadorizada ou ressonância magnética presentes no banco de dados de domínio público "Osirix Software Imaging", será criado um modelo virtual em três dimensões (3D) correspondentes às estruturas anatômicas sadias do tórax. O software usado tem demonstrado grande versatilidade e vem contribuindo com diversas áreas dentre as quais medicina, odontologia, veterinária, arqueologia e engenharia. Observa-se, contudo uma falta de ambientes virtuais inteligentes voltados para o ensino da Anatomia, nos cursos das áreas médicas e biomédicas, isto se deve ao alto custo dos programas disponíveis no mercado, dificultando o acesso de alunos e professores, sendo assim, objetivou-se o uso de programas de domínio público como os acima citados.

Resultados

De acordo com levantamentos bibliográficos 11-15 e por intermédio de recursos tecnológicos, elaborou-se um modelo tridimensional das estruturas do tórax em planos de secção.26-27 Considerando-se que o modelo é tridimensional, o mesmo pode ser visualizado quando instalado em um computador e executado. Reconstruiu-se, com sucesso as estruturas do tórax, conforme poderá ser visualizado na apresentação do programa.

Considerações Finais

O trabalho elucidou alternativas para o problema da falta de peças anatômicas para o ensino da Anatomia, com o desenvolvimento de ambientes virtuais, em espaço gráfico de aparência realística, o qual permite a visão do tórax humano em 3D, proporcionando uma visão espacial das estruturas corporais internas. Tal reconstrução permite mostrar como profissionais de diversas áreas (anatomistas, radiologistas, engenheiros, físicos, cientistas da computação, matemáticos, bioengenheiros, patologistas, antropologistas e educadores), podem interagir na aplicação da computação gráfica na Medicina e na educação de uma forma geral, uma vez que todos os cursos da área da saúde necessitam de tais modelos para o ensino de suas disciplinas básicas.

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