Simuladores de realidade são cada vez mais usados, para diversos fins. Servem para o ensino da aviação, para ajudar pacientes com fobia a enfrentar seus medos e, recentemente, foram incluídos nas aulas de autoescola do país. Agora, pesquisadores da Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) querem transformar essa tecnologia em algo frequente no treinamento de futuros médicos para a realização de videolaparoscopia.

A técnica é usada para a realização de pequenas cirurgias. A partir de pequenas incisões no abdômen, são introduzidos uma câmera e instrumentos cirúrgicos. Com base nas imagens transmitidas em um monitor, o médico faz as intervenções necessárias. Hoje, a videolaparoscopia é fundamental para diversos procedimentos intra-abdominais, tanto no aparelho digestivo quanto no urinário e no reprodutor. Entre as vantagens, estão o menor tempo de duração e de recuperação e a formação de cicatrizes menores.

Simuladores para esse tipo de intervenção existem, mas pecam na qualidade das imagens. O projeto do Instituto de Informática da UFRGS pretende tornar a imagem desses equipamentos mais parecidas com a realidade. Para isso, os pesquisadores envolvidos estão desenvolvendo ferramentas de computação gráfica para gerar gráficos próximos do chamado realismo fotográfico — aquele em que não é possível distinguir o mundo virtual do real.

A inspiração da iniciativa vem dos videogames, que apresentam cenas cada vez mais realistas. “Nós notamos que, na maioria dos simuladores médicos, há pouca qualidade visual das imagens projetadas. Falta a eles algo que é muito bem construído nos gráficos de videogames”, explica Augusto Luengo, um dos pesquisadores participantes do projeto.

Orientado pelos professores Marcelo Walter e Anderson Maciel, Luengo se dedicou, durante o mestrado, à criação de um método de renderização de imagens de órgãos vivos baseado em algoritmos matemáticos de iluminação global, uma técnica utilizada na computação gráfica 3D, com o objetivo de dar mais realismo às cenas.

Os algoritmos não levam em conta apenas a luz direta que incide sobre o objeto — como ocorre na técnica de iluminação local, usada nos simuladores atuais —, mas também a que é refletida por outras superfícies do ambiente. “No meu trabalho, o foco foi chegar o mais perto possível de como a luz incide sobre os órgãos internos durante uma videolaparoscopia”, diz o especialista.

Parceria

O projeto envolve professores, mestrandos, doutorandos e bolsistas, além de contar com assessoria de médicos do Hospital de Clínicas de Porto Alegre, por meio do professor Leandro Totti Cavazzola. “Grande parte do nosso trabalho é fruto de vídeos de cirurgias reais feitas no hospital”, conta Luengo. Os vídeos de cirurgias reais, portanto, são o ponto de partida para os cientistas extraírem dados sobre os tecidos, usando essas informações para aperfeiçoar as imagens.

Para que o médico possa realizar esse tipo de procedimento, entretanto, é necessário treino. Os futuros cirurgiões praticam as operações em simuladores virtuais, uma espécie de videogame no qual podem treinar à vontade, sem medo de errar, em ambientes livres de estresse e do envolvimento do paciente ou de implicações éticas associadas ao uso de animais.

Os modelos usados hoje são semelhantes a um desenvolvido no Instituto de Informática da UFRGS há cerca de sete anos. Entre as razões para essa lacuna tecnológica, está a dificuldade em adquirir e processar os dados de seres vivos. No entanto, a fidelidade da simulação, com imagens realistas que contemplem a diversidade de situações que o médico pode encontrar, é essencial para o treinamento, potencializando o planejamento das operações e diminuindo o risco de surpresas e complicações.

A luz que é introduzida no abdômen para auxiliar a cirurgia, por exemplo, é refletida de forma variada pelas superfícies irregulares dos diversos órgãos que existem ali. É essa interação entre a luz e o ambiente que o pesquisador buscou reproduzir. No doutorado, iniciado em 2014, Luengo pretende ampliar o trabalho para a representação das texturas dos órgãos. “No mestrado, trabalhamos somente com os reflexos, como se o material fosse homogêneo. Só que o órgão não é homogêneo; ele tem camadas, veias… E temos vontade de simular isso também.”

Fígado

Outra ideia é levar as diferenças e particularidades dos pacientes para os simuladores. O fígado de um adolescente com uma alimentação balanceada, por exemplo, é bem diferente do órgão de um idoso com uma dieta rica em gordura. Esse órgão, por sinal, é o foco do trabalho de mestrado de Dennis Giovani Balreira, que recriou suas estruturas internas.

“Conhecendo o funcionamento dos simuladores existentes, observou-se limitações em procedimentos de cortes arbitrários nos modelos de órgãos humanos, em que poderia ser aperfeiçoada a visualização”, diz.

Para o pesquisador, a área médica pode ser uma das mais beneficiadas pelos avanços em computação gráfica. “Simuladores de cirurgias laparoscópicas treinam, diariamente, milhares de futuros cirurgiões nas habilidades necessárias. Existe, entretanto, uma dificuldade inerente para a obtenção de dados, como os sobre propriedades de reflexão de tecidos orgânicos”, aponta.

Eficácia comprovada

Um estudo da escola de veterinária Vetmeduni, em Viena (Áustria), avaliou recentemente a eficácia do ensino a partir de simuladores. As pesquisadoras Christina Nagel e Christine Aurich convidaram 25 estudantes do terceiro ano da instituição e, após dividi-los aleatoriamente em três grupos, foram ensinados, a partir de metodologias diferentes, a realizar a palpação e a ultrassonografia do trato genital equino.

A primeira turma foi treinada quatro vezes em simulador que consiste em uma caixa de plástico com o formato dos órgãos genitais dos animais. Um segundo grupo recebeu quatro aulas em que foram utilizados cavalos, enquanto o terceiro teve apenas uma aula sobre ginecologia esquina com éguas.

Duas semanas após a última sessão de treinamento, os pesquisadores testaram os resultados de aprendizagem. Todos os alunos foram convidados a examinar uma égua e um cavalo e a fazer um diagnóstico. Na hora de realizar o diagnóstico, o grupo treinado com cavalos se saiu um pouco melhor que os treinados com simulador, mas estes alcançaram taxas de acerto consideradas satisfatórias. Já o grupo que recebeu apenas um treinamento com animais se saiu pior. Com relação à ultrassonografia do trato genital, não houve diferenças consideráveis entre os grupos. Os resultados da pesquisa foram publicados na revista científica Reproduction in Domestic Animals.

“O treinamento baseado no simulador prepara os alunos de forma muito eficiente para procedimentos de diagnóstico em cavalos vivos”, afirma Nagel, autora principal do estudo. “Os simuladores não são, no entanto, apenas uma ferramenta de ensino adicional para os nossos alunos, mas também uma contribuição para o bem-estar animal. Somente quando os alunos concluem com êxito o curso de formação com simuladores é que eles são autorizados a realizar os mesmos procedimentos de diagnóstico em animais”, ressalta.