Técnica de restaurar imagens reduz exposição de paciente à radiação

Criado na USP São Carlos, sistema retira das imagens de mamografias granulações e ruídos prejudiciais ao diagnóstico; testes clínicos com a tecnologia começarão em 2018

Uma inovação do Laboratório de Visão Computacional (Lavi) da Escola de Engenharia de São Carlos da Universidade de São Paulo (EESC-USP) pretende diminuir em até 30% a exposição das pacientes à radiação decorrente de exames periódicos de mamografia. Orientado pelo professor Marcelo Andrade da Costa Vieira, do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, esse trabalho acadêmico é a tese de doutorado do pesquisador Lucas Rodrigues Borges.

Apresentado no mês de junho na EESC-USP, o estudo consiste de um sistema de informática projetado exclusivamente para fazer simulações em imagens digitais de mamografias. A tecnologia abre caminho para solucionar um problema antigo da físico-medicina.

“Quanto mais radiação é utilizada na mamografia, melhor é a qualidade das imagens obtidas e, consequentemente, mais preciso se torna o diagnóstico. Porém, quanto mais exposição da mulher à radiação nos exames, maior o risco de ela desenvolver, no futuro, câncer de mama”, esclarece o pesquisador Borges, que é também engenheiro eletricista.

Impacto

Para o pesquisador, o filtro desenvolvido possibilita usar dosagens menores de radiação, pois sua característica principal é restaurar as imagens, isto é, retirar delas imperfeições como granulações e ruídos prejudiciais ao diagnóstico. “O software calcula a quantidade necessária de ‘ruído’ em cada imagem para simular a exposição da paciente à baixa radiação”, explica.

Na avaliação do professor Vieira, essa redução na concentração das doses de radiação tem relevância para a saúde feminina, quando considerada sua aplicação futura em larga escala: “Para preservar a saúde, os médicos recomendam às mulheres fazerem mamografias periódicas após os 40 anos. Sob essa perspectiva, metade da população mundial tem essa necessidade, assim, a redução na exposição à radiação nas pacientes será bastante significativa”, conclui.

Parcerias

Aluno da EESC-USP desde a graduação, Borges conta ter iniciado em 2011 a parceria com o professor Vieira, especialista com diversos trabalhos em andamento na área de diagnóstico por imagem. Nessa época, o docente o orientou em projeto voluntário de iniciação científica, cuja proposta foi criar um filtro analógico para analisar imagens de mamografias digitalizadas, já com o intuito de otimizar o trabalho de médicos radiologistas.

O projeto inicial evoluiu, foi tema do mestrado de Borges e originou o sistema com o filtro restaurador de imagens. Ao longo da última e mais recente etapa, o estudo acadêmico teve apoio da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp) e da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes).

Pioneiro no País na área de mamografias tridimensionais, o trabalho teve colaboração de dois físicos-médicos com pesquisas na área de câncer de mama: Andrew Maidment e Predrag Bakic, da Universidade da Pensilvânia, nos Estados Unidos, e do cientista da Universidade de Tecnologia de Tampere (Finlândia), Alessandro Foi, especializado em matemática e restauração de imagens.

Metodologia

A estrutura principal do sistema é um banco de dados construído por Borges, contendo 1,8 mil imagens, volume de amostras suficiente para permitir ao software simular a realização de novos exames das pacientes usando quantidades menores de radiação. Essas imagens (mamografias realizadas em 72 pacientes voluntárias) integram protocolo de pesquisa do Hospital da Universidade da Pensilvânia, entidade parceira no estudo.

A parceria da EESC-USP com o hospital foi firmada em 2012. No sistema desenvolvido em São Carlos, as 72 imagens originais são simuladas em cinco diferentes doses de radiação, somando 360 exposições. No projeto, cada uma delas foi avaliada individualmente por cinco pesquisadores físicos-médicos, totalizando 1,8 mil leituras diferentes. “Nas mamografias, esses cinco especialistas não conseguiram identificar em quais delas o software simulou a dose reduzida de radiação, prova da eficiência do sistema desenvolvido”, afirma Borges.

Futuro

Segundo ele, existem disponíveis outras opções de exames não invasivos para detectar alguns tipos de tumores, como, por exemplo, a ressonância magnética, porém, o custo ainda é alto em comparação com raio X, método mais barato, rápido e amplamente disseminado na maioria dos centros de saúde.

Os próximos passos são os testes clínicos, previstos para o ano que vem, com a nova tecnologia, e incluindo a participação de radiologistas. Nessa etapa experimental, os médicos irão considerar nos diagnósticos as imagens restauradas pelo software antes de fazerem novos exames com as pacientes. Participam dessa etapa quatro instituições de saúde: Hospital do Câncer de Barretos, Clínica Eco e Mama de São Carlos, Instituto de Radiologia (InRad) do Hospital das Clínicas da USP e Hospital da Universidade da Pensilvânia.

Serviço

Laboratório de Visão Computacional (Lavi – EESC-USP)
E-mail mvieira@sc.usp.br
Telefone (16) 3373-9362

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página IV do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 05/10/2017. (PDF)

Google premia pesquisas em inteligência artificial da Unicamp

Docentes e estudantes de computação do IC e da Feec conquistaram bolsas de estudo pelos trabalhos acadêmicos com diagnósticos automáticos por imagem de melanoma e retinopatia diabética

Pelo segundo ano consecutivo, dois grupos de pesquisa na área de inteligência artificial da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp) foram premiados pelo Google Research Awards for Latin America. Na edição 2017 do prêmio foram distribuídos US$ 600 mil entre os 27 projetos selecionados e, na Unicamp, os trabalhos campeões são do Instituto de Computação (IC) e da Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação (Feec) (ver serviço).

Os dois sistemas da Unicamp propõem diagnosticar, de modo automático, por meio da análise de imagens, doenças como o melanoma (câncer de pele) e a retinopatia diabética, uma das causas da cegueira em muitos pacientes. A finalidade deles é projetar para o futuro ferramentas e equipamentos capazes de otimizar e auxiliar o trabalho de profissionais da área da saúde, médicos e enfermeiros, por exemplo.

Criado em 2013, o programa anual do Google concede bolsas de pesquisa de um ano para docentes e estudantes de pós-graduação em áreas específicas da Ciência da Computação. De acordo com o regulamento do concurso da multinacional norte-americana da área de tecnologia, aluno do mestrado pode concorrer por dois anos seguidos e, do doutorado, por três anos ininterruptos.

Laureados

Na Unicamp, os alunos de doutorado premiados neste ano são Michel Fornaciali (Feec) e Ramon Pires (IC). Os do mestrado são Júlia Tavares e Afonso Menegola, da Feec. O grupo de docentes campeão inclui Jacques Wainer, Siome Goldenstein e Sandra Avila, do IC; Flávia Vasques Bittencourt (da Universidade Federal de Minas Gerais); Herbert Jelinek (da Charles Sturt University – Austrália); e Lin Tzy Li (da Samsung).

Além do Google, os trabalhos da Unicamp na área de inteligência artificial receberam apoios, em diferentes fases, da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado (Fapesp), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), da Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e das multinacionais de tecnologia Microsoft e Samsung.

Precisão

De acordo com o professor Eduardo Valle, cientista da computação da Feec e responsável pelo projeto com o melanoma, as bolsas concedidas pelo Google têm sido muito importantes para a evolução do trabalho acadêmico no Brasil em um momento de dificuldade econômica. Segundo ele, a pesquisa a partir do desenvolvimento de algoritmos capazes de treinar o computador para reconhecer imagens específicas foi iniciada em 2013, e a triagem automática conseguiu alcançar 87% de precisão.

“As lesões de pele são bastante difíceis de diagnosticar. Os formatos e as cores variam muito e há diferenças sutis entre pintas, manchas, etc.”, explica. “Os próximos passos agora são ampliar a eficácia dessa tecnologia para atingir, por exemplo, o patamar de 95% de acerto já obtido pelo sistema do IC projetado para identificar imagens de pacientes de retinopatia diabética”, informa Valle, comentando sobre a outra pesquisa da Unicamp premiada pelo Google, iniciada em 2009 e coordenada pelo professor Anderson Rocha.

Homem x máquina

Atualmente, o projeto da retinopatia diabética aguarda parecer do Comitê de Ética da Unicamp para iniciar os testes conjuntos com a equipe de oftalmologia do Hospital das Clínicas (HC) da universidade. Quando essa avaliação for autorizada, os pacientes do HC continuarão sendo atendidos normalmente pelos médicos, mas serão avaliados também pelo sistema de informática desenvolvido, porém, apenas de modo simulado.

Depois de encerrado o prazo experimental, será averiguado se os dados apurados pelas ferramentas eletrônicas coincidem com as informações identificadas nos diagnósticos dos médicos. “Nessa etapa, um dos objetivos é demonstrar aos médicos a confiabilidade dos sistemas, além de trocar experiências com eles para ampliar ainda mais a precisão dos diagnósticos eletrônicos,” explica Valle.

“Outro propósito agora”, salienta, “é buscar atrair empresas, como fabricantes de equipamentos médicos, para serem parceiras no projeto e fazerem investimentos em soluções comerciais inéditas com equipamentos com base nos sistemas de inteligência artificial desenvolvidos. “Eventuais interessados devem procurar o Laboratório de Pesquisa Reasoning for Complex Data (Recod) da Unicamp”, informa (ver serviço).

Serviço

Recod Unicamp
Blog do Google com os premiados em 2017

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página II do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 27/09/2017. (PDF)

Prótese de perna modular é inovação da Fatec Mogi Mirim

Criação de alunos e professores do curso de Mecatrônica Industrial, equipamento inclusivo nacional pode ser opção de baixo custo para pessoas amputadas

Desenvolver um modelo nacional de prótese de perna para amputados mais em conta do que os produtos à disposição no mercado. Esta é a proposta dos estudantes Ademir Ganziera e Guilherme Ferreira, do curso de Mecatrônica Industrial da Faculdade de Tecnologia do Estado (Fatec) Arthur de Azevedo, de Mogi Mirim.

Iniciada em 2016, a pesquisa pretende produzir a prótese a um custo em torno de R$ 20 mil (o produto importado pode chegar a R$ 100 mil). Outro conceito é a construção modular, estratégia que permite a substituição rápida de componentes, uma vantagem em comparação aos diversos modelos convencionais, muitas vezes impossibilitados de uso depois da quebra ou defeito de uma peça. O primeiro protótipo do projeto foi apresentado, em outubro do ano passado, na 10ª Feira Tecnológica do Centro Paula Souza (Feteps), realizada na capital.

Currículo

Em desenvolvimento nos laboratórios e oficinas da Fatec Mogi Mirim, a segunda versão da prótese é o mais recente projeto da unidade do Centro Paula Souza com tecnologias inclusivas. Internamente, o grupo de trabalho, responsável por essa linha de pesquisa, foi estruturado pelo professor Helder Hermini, físico e pós-doutorado em Mecânica e Mecatrônica em Reabilitação Humana pela Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

A Fatec Mogi Mirim tem no currículo uma mesa cirúrgica para obesos, cuja tecnologia foi repassada à empresa Biomobile. E também um sistema de guindaste, o qual é utilizado para transferir pacientes da mesa cirúrgica para a maca, e que também pode ser usado por cadeirantes nas sessões de hidroterapia.

Empreender

Hermini divide a orientação do trabalho da prótese com seu colega, Henrique Camargo, também professor de Mecatrônica Industrial, curso instituído na Fatec em 2015 com duração de seis semestres. A dupla de docentes pretende, no futuro, abrir em sociedade com os dois alunos uma empresa em Mogi Mirim para produzir a prótese – e, assim, atender, com unidades sob medida, o público formado por amputados e pessoas com malformação nos membros inferiores.

Em comparação com o modelo do ano passado, a versão atual da prótese traz várias novidades. Incorpora, por exemplo, programação de algoritmos, mais circuitos e conexões eletrônicas, desenvolvimento de técnicas de inteligência artificial e desenho e produção de peças com laminação de fibra de carbono, entre outros pontos. Na próxima Feteps, será possível conferir essas inovações em um protótipo montado e funcional.

Demonstração

“Na primeira semana de fevereiro, apresentamos uma prévia do novo protótipo em um workshop, na Campus Party”, informa Ganziera. O professor Hermini revela ter solicitado à Agência Inova Paula Souza uma análise do projeto, a fim de proteger, com uma futura patente, a propriedade intelectual de todas as tecnologias desenvolvidas e incorporadas (ver serviço).

“No momento, os estudantes seguem fazendo testes com a prótese em laboratório, para avaliar a segurança do equipamento. Depois dessa etapa, vamos analisar seu desempenho com voluntários. São dois senhores idosos que aceitaram participar do projeto. Para não haver riscos, essa fase será realizada em um ambulatório de fisioterapia”, informa Hermini.

Parceria

Até agora, a criação da prótese consumiu cerca de R$ 2 mil, custo dividido entre alunos e professores. Eles estimam precisar de mais R$ 15 mil para finalizar o segundo protótipo, devendo a totalidade desse recurso ser direcionada à compra de matéria-prima. Desde o início da pesquisa com a prótese, oficialmente denominada ‘antropomórfica microcontrolada’, o projeto teve apoio da empresa Festo, com a doação de componentes pneumáticos e hidráulicos.

“A construção do protótipo é feita na própria oficina da Fatec. A mão de obra empregada é dos próprios universitários”, comenta o professor Hermini ao se referir a Ademir Ganziera, 28 anos, com formatura prevista para o final de 2018; e a Guilherme Ferreira, cuja conclusão da graduação tecnológica deverá ocorrer em dezembro de 2019.

Apoio

Para obter os recursos que faltam para o desenvolvimento do projeto, os empreendedores da Fatec Mogi Mirim estudam duas opções. A primeira é recorrer a órgãos públicos de estímulo à ciência, como a Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), no âmbito estadual, e também à Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes) e ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq), no nível federal.

A segunda alternativa, avaliam, será recorrer a financiamentos públicos oferecidos com juros subsidiados para montar a empresa. Entre as opções consideradas, há as linhas de crédito oferecidas pela Agência de Desenvolvimento Paulista (Desenvolve SP), vinculada à administração estadual, e pelo Banco Nacional de Desenvolvimento Econômico e Social (BNDES), ligado ao governo federal (ver serviço).

Serviço

Fatec Mogi Mirim
E-mail – helder_anibal_hermini@yahoo.com.br
Telefone (19) 3804-5387

Agência Inova Paula Souza
Desenvolve SP
Fapesp
BNDES

Rogério Mascia Silveira
Imprensa Oficial – Conteúdo Editorial

Reportagem publicada originalmente na página III do Poder Executivo I e II do Diário Oficial do Estado de SP do dia 21/02/2017. (PDF)