Pulmão virtual mostra estruturas internas do órgão em movimento

A inovação vai ajudar em treinamentos de intervenções cirúrgicas e exames de broncoscopia

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Sistema de realidade virtual permite visualizar as estruturas pulmonares – Foto: Reprodução / Virtual reality of animated lung with internal structures

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Engenheiros da USP desenvolvem sistema em realidade virtual que permite a visualização do movimento do pulmão e das suas estruturas internas. Além de servir para treinamento em intervenções cirúrgicas, o pulmão virtual simula uma broncoscopia flexível, exame feito sob sedação para retirada de tecidos para biópsias e secreções para exames e remoção de corpos estranhos aspirados inadvertidamente.

Hardware usado na simulação – Leap Motion/Oculus Rift/Leap motion – Foto: Reprodução / Virtual reality of animated lung with internal structures

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Segundo o professor Marcos Tsuzuki, coordenador do estudo e docente do Departamento de Engenharia Mecatrônica e de Sistemas Mecânicos da Escola Politécnica (Poli) da USP, a visualização do movimento pulmonar é possível apenas por meio de dispositivos de imageamento como tomografia computadorizada, ressonância magnética e tomografia por impedância elétrica. Ele explica que “o movimento pulmonar ocorre pelo acionamento dos músculos ao seu redor, especialmente o diafragma e os músculos intercostais. Por apresentar estas características, durante cirurgias torácicas em que o pulmão fica exposto, é necessário utilizar pulmões artificiais para que a respiração continue, pois a diferença de pressão deixa de existir cessando a respiração. Dessa forma, o sistema virtual, onde o movimento pulmonar é visível, surge como um método promissor para acompanhar tratamentos, realizar treinamento médico e planejamento de cirurgias”.

Professor Marcos Tsuzuki, coordenador da pesquisa – Foto: Marcos Santos / USP Imagens

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Para se chegar ao pulmão virtual, o Project Lambda: sistema de simulação 3 D do pulmão e de suas estruturas internas por realidade virtual utilizou imagens sequenciais de tomografia computadorizada, em baixa resolução, para obter o movimento pulmonar, representando um ciclo respiratório. As informações de movimento foram replicadas em um modelo obtido a partir de uma única imagem de tomografia computadorizada de alta resolução, criando o modelo animado. A ideia era conseguir obter imagens do movimento do pulmão e de todas as estruturas internas – vias aéreas e os lobos pulmonares, explica Bruno Nakagawa, ex-aluno da Poli que, em parceria com seu colega de classe, Rafael Penteado, foi contemplado em 2015 com o prêmio de melhor Trabalho de Conclusão de Curso do Departamento de Engenharia da Computação. Nakagawa e Penteado desenvolveram o projeto Lambda, sob orientação dos professores Tsuzuki e Romero Tori, da Engenharia da Computação.

A partir do modelo animado do pulmão, extraído de uma sequência de baixa resolução e de uma imagem de alta resolução obtidas por tomografia computadorizada, os pesquisadores utilizaram a plataforma Unity 3D para desenvolvimento do ambiente virtual. A imersão em realidade virtual foi feita com o Oculus Rift (equipamento de realidade virtual utilizado em jogos sérios e para diversão) e a captura dos gestos das mãos e dedos do usuário ocorreu por meio de um dispositivo (sensor) chamado Leap Motion. Por meio destes equipamentos e plataforma, foi criada uma realidade virtual imersiva que permite visualizar os modelos tridimensionais em movimento em todas as direções, afirma Tsuzuki.

Bruno, Rafael e Tsuzuki em 2015, na formatura quando o projeto foi premiado como melhor TCC da Poli – Foto: Arquivo pessoal de Bruno Nakagawa

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Para Nakagawa, ter feito parte deste trabalho como aluno da Poli foi muito importante porque, além de ajudar a construir conhecimento multidisciplinar envolvendo as engenharias e a área médica, outras pessoas podem usufruir dos resultados. Do ponto de vista profissional, ele afirma que o contato que teve na USP com tecnologia de ponta de realidade virtual e a publicação de artigos científicos são diferenciais em sua formação. O pesquisador acredita que, em um segundo momento, quando houver “uma automação desse processo de realidade virtual, alinhado a uma melhoria na obtenção de imagens, será possível aos médicos e aos pacientes a visualização de outras partes do corpo além das estruturas pulmonares”, conclui.

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A pesquisa Virtual reality of animated lung with internal structures está sendo desenvolvida pela Escola Politécnica da USP em parceria com o Japan Kanagawa Cardiovascular Respiratory Center da Yokohama National University. Artigo sobre o assunto foi publicado no 20th IFAC World Congress, realizado em Toulouse, França, e se encontra disponível no periódico IFAC-PapersOnLine da Elsevier.
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Mais informações: (11) 3091-5759, com o professor Marcos Tsuzuki, ou e-mails mtsuzuki@usp.br ou brunotakashi@usp.br

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