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Pesquisador da Poli-USP desenvolve sistema para aprimorar exames de ultrassom

O engenheiro Fernando Mitsuyama Cardoso trabalhou com modelos matemáticos que simulam uso do ultrassom em exame de câncer de mama e cateterismo

Por questões éticas e de segurança, quando se desenvolvem novos métodos em elastografia por ultrassom, essenciais hoje na medicina, a realização de testes em humanos e em animais seguem protocolos extremamente rígidos. Antes de chegar a essas fases, é preciso muitos testes. Para isso, a indústria precisa contar com simulações computacionais extremamente precisas. O engenheiro Fernando Mitsuyama Cardoso desenvolveu, em sua tese de doutorado na Escola Politécnica da Universidade de São Paulo (Poli-USP), um software que faz essas simulações e que pode ser usado por quem trabalha com inovação nesse segmento. Sua pesquisa acaba de receber o Prêmio Tese Destaque USP de 2016, na categoria Grande Área - Engenharia.

Na elastografia por ultrassom, é analisada a forma com que os tecidos se deformam para se obter informações acerca da sua elasticidade. “Imaginemos que um médico esteja utilizando o ultrassom para avaliar uma lesão presente na mama de uma paciente. Ele pode pressionar o próprio transdutor contra a mama para verificar a elasticidade da lesão e terá mais informações para saber se é ou não um câncer”, explica Mitsuyama. “As simulações computacionais mimetizam justamente a aquisição de ultrassom durante o processo de deformação do tecido”, acrescenta.

Segundo Sérgio Shiguemi Furuie, professor do Departamento de Engenharia de Telecomunicações e Controle (PTC) da Poli e orientador de Mitsuyama, em muitas áreas, e em especial na Medicina, é muito importante caracterizar a composição do material em termos físico-químicos, pois isso oferece boas indicações do que está acontecendo ou poderá ocorrer no local. “Uma lesão ou nódulo mais rígido em relação ao tecido normal pode dar indícios da sua malignidade, por exemplo”, diz. Furuie coordena uma equipe de cientistas no Laboratório de Engenharia Biomédica (LEB) da Poli que vem pesquisando, há algum tempo, a caracterização de estruturas por meio de imagens médicas, analisando texturas, morfologias e outros parâmetros advindos dessas imagens.

Em sua pesquisa, cujo título é “Estimativa do movimento de estruturas em imagens ecográficas”, Mitsuyama utiliza um mimetizador de tecidos biológicos, ou phantom, que, em engenharia biomédica, é qualquer coisa que imite um tecido real. Existem dois tipos de phantom, o físico, que é feito de gelatina ou materiais elásticos viscosos semelhantes a ela, e o phantom numérico ou computacional.

Com o uso do phantom, o pesquisador abordou duas frentes. Ele procurou imitar um tecido mais superficial, o da mama, com foco no uso do ultrassom para detecção de câncer nesse órgão. A outra frente foi direcionada ao cateterismo (dentro do cateter tem um transdutor de ultrassom que emite por dentro do vaso sanguíneo). Ele desenvolveu um phantom que simula artérias coronárias.

“Quando lançamos um método novo para elastografia por ultrassom, por questões éticas e de segurança, não testamos em humanos e, se possível, nem em animais. Testar em phantom numérico não tem contraindicação”, destaca Mitsuyama. Com o phantom, o pesquisador cria um ambiente que simula o tecido humano, projeta uma ação sobre esse tecido e vê a resposta do mesmo, tudo no computador. Com isso é possível prever o que vai acontecer com o tecido examinado a partir dos novos parâmetros introduzidos no ultrassom.

“Posso, por exemplo, querer jogar uma intensidade maior de ultrassom no corpo humano, mas isso pode gerar algum risco porque o ultrassom pode esquentar os tecidos e gerar sequelas. Com a simulação, jogo os parâmetros do corpo humano no computador, estimulo o ultrassom agindo nesse tecido e vejo como ele se comportaria, tanto no phantom numérico quanto no phantom físico, fazendo testes de tecnologias novas com segurança”, exemplifica. A partir do phantom, ele pode gerar imagens 3D e ter uma visão precisa do que ocorreria com o tecido se aplicasse a intensidade de ultrassom desejada.

Segundo ele, outra vantagem do phantom é que pode ser usado em aplicações específicas. Ele cita como exemplo o próprio câncer de mama. “Vamos supor que um pesquisador fez um sistema de detecção de câncer com múltiplos nódulos de um centímetro. É muito difícil conseguir pegar amostras reais de um hospital em número suficiente para testar a tecnologia que está desenvolvendo”, comenta.

Além da questão da quantidade, há ainda a possibilidade de trabalhar com os vários formatos - alguns tumores são nódulos gigantes, outros são nódulos que quase não aparecem no ultrassom, e outros têm as bordas mal definidas. Isso tudo pode ser definido matematicamente por meio do phantom. “Nós temos controle sobre a criação das lesões para poder desenvolver as tecnologias, não dependemos do acaso da natureza. Criamos o nosso ambiente de teste da forma como queremos, é praticamente como se a gente criasse a nossa cobaia virtual, digamos assim”, explica.

Como resultado da tese de doutorado, Mitsuyama desenvolveu um software na plataforma MatLab, um programa especializado para rodar outros programas de computador. Este software cria phantoms numéricos e simula a ultrassonografia e a deformação do tecido do tecido simultaneamente. Ele está hospedado na página do LEB - http://www.leb.usp.br/IVUSSim/

Além do desenvolvimento do sistema, a pesquisa também permitiu incorporar nos estudos desenvolvidos pela equipe do professor Sérgio Shiguemi Furuie uma informação física muito importante e independente sobre a elasticidade do material, estimada a partir de imagens sequenciais de ultrassonografia.

“Um dos muitos desafios que estamos perseguindo atualmente, em conjunto com os departamentos de Mecatrônica (PMR) e Mecânica (PME), é estimar a elasticidade de estruturas profundas, em tecidos a mais de 10 centímetros da superfície corporal”, destaca Furuie. Estudar os tecidos mais profundos é essencial para o aprimoramento das tecnologias empregadas em exames médicos, especialmente na área de câncer, e por consequência, para melhores diagnósticos.

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