Na verdade: traduzir digitalizações 2D em impressões 3D

axial3D | 3D Printing for Healthcare Bloqueado Desbloquear Seguir Seguindo 9 de novembro de 2018

Espreitando os algoritmos que estão informando os pacientes e auxiliando os cirurgiões

Modelos anatômicos de impressão 3D. IMAGEM: iStock

"Disseram ao paciente que o joelho deles parecia uma casca de ovo quebrada", diz Niall Haslam, ex-aluno do EMBL e CTO da axial3D – uma empresa de impressão médica em 3D. "Mas eles ainda estavam planejando fazer uma corrida de mountain bike no mês seguinte." Tanto para Haslam quanto para os médicos envolvidos, estava claro que o paciente não tinha entendido completamente a situação cirúrgica ou suas implicações. Os exames do hospital que eles tinham visto forneceram informações detalhadas sobre os ossos dentro de sua perna. Mas às vezes apenas um objeto físico pode ajudar alguém a entender a realidade de um problema físico. “Somente quando seguraram os fragmentos impressos em 3D eles entenderam a enormidade da situação”, diz Haslam.

Trazendo informações ao alcance

Desde o início de 2010, o negócio de impressão 3D cresceu rapidamente. Sua versatilidade significa que qualquer coisa, desde ferramentas de laboratório inovadoras até bugigangas educacionais, pode ser produzida de forma relativamente rápida e barata. A impressão 3D médica também está em ascensão e, em axial3D, modelos anatômicos em tamanho natural podem ser produzidos em 48 horas. A experiência de Haslam na EMBL – como um ex-pós-doc na equipe da Gibson – ajudou a axial3D a crescer de uma start-up para um negócio de sucesso. No EMBL, ele aprendeu como reunir de maneira útil grandes quantidades de dados em um site para que os pesquisadores pudessem projetar melhores anticorpos. Agora, no axial3D, ele usa essas habilidades para lidar com o lado digital da impressão de modelos anatômicos em 3D. Isso dá aos médicos e pacientes a chance de ver, segurar e realmente entender o que está acontecendo sob a pele.

O processo de produção de tal modelo parece simples. Primeiro, os médicos fazem login no site da axial3D para fazer o upload de uma verificação 2D. Dentro de dois dias, isso é traduzido em um objeto impresso em 3D, pronto para ser enviado pelo correio. Entre essas etapas, no entanto, algoritmos finamente criados – escritos por Haslam e sua equipe – executam o programa.

Aluno EMBL e CTO axial3D, Niall Haslam. IMAGEM: axial3D

Criando obras de arte

Para o joelho quebrado do paciente, um algoritmo de aprendizado de máquina identifica o osso em cada imagem de varredura desenhando um contorno em torno dele. As regiões identificadas são então verificadas manualmente e o algoritmo é informado sobre o que aconteceu bem e o que fracassou. Isso permite que ele aprenda e tome melhores decisões na próxima vez. Nesse aspecto, os algoritmos de aprendizado de máquina são semelhantes aos humanos: a prática leva à perfeição.

Uma representação digital 3D do osso precisa ser criada. Assim como Michelangelo arrancou David de um bloco de mármore, outro programa de computador cortou um cubóide virtual, descobrindo as partes do osso que estavam identificadas. Nesse ponto, é necessária uma interação mais humana para eliminar inconsistências e melhorar as bordas antes que a escultura física final possa ser criada. Instruída pelo arquivo digital, a impressora 3D gira em torno, posicionando sistematicamente um suporte de fios de plástico até que a forma do osso se torne reconhecível.

Embora os algoritmos subjacentes sejam complexos, era importante para Haslam e sua equipe que a plataforma on-line permanecesse simples. "Não importa se você escreveu o algoritmo mais poderoso disponível", diz Haslam. "Se ninguém consegue descobrir como usá-lo, também pode não existir."

Falando a mesma língua

Tornar informações complicadas acessíveis é um objetivo que a Haslam compartilha com os médicos que usam o axial3D para explicar conceitos cirúrgicos complexos a seus pacientes. Os exames hospitalares podem se parecer mais com uma pintura abstrata do que com os diagramas organizados usados para representar a anatomia humana nos livros didáticos. Um órgão macio, como o coração, é particularmente propenso a essas abstrações, porque também é espremido entre os pulmões e os músculos do peito, o que pode alterar levemente sua forma. Juntamente com deformidades inesperadas – causadas por doenças do desenvolvimento em crianças, por exemplo – e a forma esperada do coração pode ser muito diferente.

Ressonância magnética de um tórax (esquerda), renderização 3D de um modelo anatômico de um coração emergente de uma ressonância magnética (superior direita), modelo anatômico impresso em 3D de um coração (inferior direito). IMAGENS: iStock e Axial Medical Printing Limited

Esta é uma razão pela qual os cirurgiões cardíacos das crianças estão usando modelos impressos em 3D do coração para explicar aos pais quais partes do coração de seus filhos não se desenvolveram adequadamente – e como a cirurgia pode ajudar. Ao informar ainda mais os pais, ambas as partes têm um nível compartilhado de compreensão e os pais podem questionar significativamente o cirurgião que está realizando a operação. É importante ressaltar que o risco de um pai atrasar ou mesmo se recusar a dar o consentimento para a cirurgia que salva vidas também é reduzido.

“Mesmo que você tenha escrito o algoritmo mais poderoso disponível, se ninguém puder descobrir como usá-lo, também pode não existir”

Cirurgiões também podem se beneficiar desses modelos usando-os para ajudar a planejar procedimentos cirúrgicos e evitar possíveis complicações. Decisões importantes sobre onde um órgão pode ser cortado podem ser mais facilmente tomadas antes que a primeira incisão seja feita. Menos complicações podem significar que os pacientes precisam gastar menos tempo sob anestesia geral. Mesmo de um ponto de vista pragmático, evitar aumentos inesperados nos tempos de cirurgia também pode evitar cancelamentos no final do dia ou horas extras para o pessoal cirúrgico.

A impressão 3D de modelos anatômicos está fornecendo soluções para problemas do mundo real. Para isso, reúne pessoas com origens muito diferentes, incluindo pacientes, médicos e cientistas da computação. No entanto, apesar das diferenças no conhecimento de fundo e nas especialidades das pessoas, todos precisam ser capazes de se comunicar efetivamente uns com os outros. "Se eu disser uma coisa, mas você entender outra, então não podemos seguir em frente com uma ideia", diz Haslam. “Isso é verdade, seja você um paciente falando com um cirurgião ou um médico solicitando uma impressão 3D do nosso site. Precisamos estar falando a mesma língua.