Pesquisa mostra que sistemas robóticos de ultrassom podem ajudar médicos durante cirurgias

O ultrassom se estabeleceu na medicina há 60 anos. A primeira máquina de ultrassom controlável remotamente apareceu há 20 anos. O próximo salto em direção a um sistema de ultrassom autônomo é agora iminente.

“Queremos criar um sistema robótico com inteligência artificial que conheça a física do ultrassom, analise a fisiologia e a anatomia humana e ajude os médicos a decidir o que fazer”, diz Nassir Navab, descrevendo sua visão.

A Navab publicou dois artigos sobre ultrassom robótico – o mais recente no Revisão Anual de Controle, Robótica e Sistemas Autônomos e um estudo anterior em Análise de imagens médicas.

O Chefe da Cátedra de Procedimentos Assistidos por Computador e Realidade Aumentada da TUM é um dos poucos professores no mundo a reunir em seu laboratório pesquisadores de inteligência artificial, visão computacional, medicina e robótica. Nos primeiros sistemas, os pesquisadores mostram como essas tecnologias podem ser utilizadas em consultórios médicos e salas de cirurgia.

No consultório médico: acesso a imagens 3D do sistema vascular geradas de forma autônoma

Um sistema robótico recentemente desenvolvido permite agora examinar pacientes com um aparelho de ultrassom sem a presença de um médico. A sonda de ultrassom é acoplada a um braço robótico que é colocado no antebraço ou abdômen do paciente, por exemplo, e examina essas regiões de forma autônoma.

O sistema exibe independentemente os vasos do interior do corpo em 3D, visualiza parâmetros fisiológicos como a velocidade do fluxo sanguíneo e, assim, alivia os médicos das tarefas rotineiras. O sistema também reconhece anomalias, como constrição de embarcações. Isto significa que os médicos já têm os resultados disponíveis e podem concentrar-se mais no atendimento e aconselhamento dos pacientes.

Na sala de cirurgia: o ultrassom robótico fornece imagens de forma autônoma

Ao contrário dos exames de rotina, onde a ultrassonografia já pode ser realizada de forma autônoma e padronizada para fins de pesquisa, o sistema autônomo pode ser utilizado na sala de cirurgia. Para operações da coluna vertebral, os pesquisadores que trabalham com o Prof. Navab contam com o conceito de controle compartilhado.

O próprio cirurgião pode utilizar o ultrassom da forma convencional, mas também pode ser auxiliado de forma autônoma para ter as mãos livres. Por exemplo, ao injetar uma articulação vertebral, o sistema pode fornecer imagens da região sem interromper a operação. Também é capaz de verificar as imagens usando aprendizado de máquina para encontrar anomalias que indiquem fraturas vertebrais.

As vantagens: imagens 3D, dados comparáveis ​​e exames de saúde

Os sistemas robóticos autônomos de ultrassom oferecem muitos benefícios:

• Imagens de ultrassom em 3D: Os resultados dos exames geralmente são produzidos em 3D, em vez do 2D usual. Isto significa que os médicos não precisam mais visualizar imagens 3D. Além disso, tornam-se visíveis conexões que são difíceis de detectar em 2D.
• Comparabilidade dos dados: O sistema pode acessar todos os exames durante um período de anos e até comparar resultados de diferentes pacientes. Ele executa um roteamento padrão para registrar regiões individuais do corpo, examina-as em busca de questões importantes e facilita a comparação dos dados. Um navio está contraído? Mudou desde o último exame?
• Exame de saúde sem médicos especialistas: No futuro, cabines em centros médicos ou farmácias equipadas com estes sistemas seriam suficientes para exames autônomos. Como isso seria possível mesmo sem a presença de pessoal médico especializado, a tecnologia inovadora também poderia ser usada em locais remotos, por exemplo, em navios, no espaço ou em ilhas remotas.

Primeiro passo essencial: Confiança entre robô e paciente

Antes que os braços robóticos com as cabeças de ultrassom comecem a se mover, o Prof. Navab acredita que “medidas de construção de confiança” são importantes. Os pacientes precisam se familiarizar com o sistema robótico. Para isso, sua equipe pesquisa uma interação homem-máquina para garantir um ambiente descontraído e seguro.

Conhecer o robô, por exemplo, começa com uma animação clara mostrando as etapas do exame e quais movimentos o robô fará. Após esta introdução, os pacientes saberão o que esperar.

“Para consolidar ainda mais a confiança, o sistema primeiro demonstra suas capacidades em interações simples e não críticas, como um cumprimento simbólico”, explica o Ph.D. aluno Félix Dülmer.

Estas medidas destinam-se a deixar claro que o sistema compreende o ambiente e pode reagir ao movimento – e que o equipamento, portanto, não representa perigo – por exemplo, quando o robô aplica gel na parede abdominal com o braço e move o sonda de ultrassom para frente e para trás em caminhos padronizados e com a pressão especificada.

O professor Navab da TUM presume que as pessoas aceitarão rapidamente a tecnologia. “As pessoas já estão medindo o pulso, a temperatura corporal e a pressão arterial com seus smartwatches ou outros aplicativos digitais”, explica o Prof. “Eles certamente estarão abertos a realizar exames de ultrassom com a ajuda de sistemas robóticos”.