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Uma imersão no futuro

Pesquisa desenvolvida pelo Núcleo de Experimentação Tridimensional em parceria com o Grupo Dasa, que possibilita visualização 3D de fetos a partir de ultrassonografias e representa salto definitivo na área da Medicina Fetal, foi escolhida como projeto marketing do encontro anual da Radiological Society of North America

Por Renata Ratton
Assessora de Comunicação, Vice-Reitoria Acadêmica

Publicado em 01/12/2016

O professor Jorge Lopes, do Next/Departamento de Artes e Design, o Dr. Heron Werner, do grupo DASA, e o professor Alberto Raposo,do Tecgraf: nova parceria vai desenvolver ferramenta matemática para obtenção automática do 3DO professor Jorge Lopes, do Next/Departamento de Artes e Design, o Dr. Heron Werner, do grupo Dasa, e o professor Alberto Raposo,do Tecgraf: nova parceria vai desenvolver ferramenta matemática para obtenção automática do 3D

Uma pesquisa que associa a ultrassonografia tridimensional à tecnologia de realidade virtual para possibilitar a imersão intrauterina e a visualização 3D de fetos, fruto de parceria entre o professor Jorge Lopes, do Núcleo de Experimentação Tridimensional (NEXT), do Departamento de Artes & Design da PUC-Rio, e o Dr. Heron Werner, do CDPI/grupo Dasa – uma das maiores autoridades em imagem médica do País – foi escolhida como projeto marketing para o evento anual da Radiological Society of North America, realizado em Chicago entre os dias 27 de novembro e 2 de dezembro. O trabalho também deu nome ao artigo Combination of Non Invasive Medical Imaging Technologies and Virtual Reality Systems to Generate Immersive Fetal 3D Visualizations, aceito para publicação no renomado Journal of Ultrasound in Obstetrics and Gynecology.

Além da promissora possibilidade de atender plenamente ao desejo de mães e pais de conhecer seus filhos em detalhes ainda na barriga, a combinação das tecnologias de imagem médica não-invasivas com a realidade virtual oferece uma contribuição ímpar à Medicina Fetal, possibilitando aos clínicos identificar e entender melhor as malformações ou patologias, e aos cirurgiões planejar uma intervenção intrauterina ou logo após o nascimento. Os primeiros testes com a realidade virtual foram apresentados, em julho, em congresso realizado em Toronto, no Canada, e, no Brasil, foram feitos em parceria com a Clínica Perinatal, pela primeira vez no mundo.

Pesquisas desenvolvidas na parceria entre o Next e o grupo Dada foram, por várias vezes, capas de publicações internacionais de renome das áreas de obstetrícia e medicina fetalPesquisas desenvolvidas na parceria entre o Next e o grupo Dasa foram, por várias vezes, capas de publicações internacionais de renome das áreas de obstetrícia e medicina fetal

Na verdade, a escolha pela sociedade norte-americana é 'apenas' mais um reconhecimento internacional dentre tantos conquistados em uma jornada de duas décadas de projetos e estudos. Um trabalho que se iniciou com a aquisição da primeira impressora 3D do Brasil, em 1996, para o Laboratório de Modelos Tridimensionais (LAMOT), do Instituto Nacional de Tecnologia (INT), também coordenado pelo professor Jorge Lopes. "Paralelamente à aquisição, começamos a desenvolver metodologias para a impressão tridimensional, até que, em 2000, firmamos uma parceria com o Museu Nacional da Quinta da Boa Vista", lembra.

– O professor Sérgio Azevedo, diretor de lá, à época, me procurou interessado na impressão tridimensional, já que o museu abriga uma coleção de Paleontologia muito grande. Introduzimos o método da impressão digital na área, a partir de tomografias. Efetuávamos uma tomografia do que gostaríamos de imprimir e, a partir da imagem, extraíamos dados matemáticos, pontos no espaço capazes de gerar um arquivo 3D para impressão. Hoje, embora ainda trabalhoso, isso é trivial para nós, mas naquela época não era. Eram experimentos em que se mexia nas configurações do tomógrafo, mais especificamente na densidade da imagem gerada pelo equipamento, a fim de extrair dados distintos dos habitualmente fornecidos para o corpo humano.

Para que fique mais claro, na impressão 3D, o input é sempre um arquivo tridimensional modelado no computador ou que chega a ele através de tecnologias de obtenção de imagens não invasivas e não destrutivas, como scanner 3D, tomografia, microtomografia, ressonância magnética ou ultrassonografia. Esses inputs geram um arquivo 3D e o output pode ser uma simulação virtual (como animações mostrando, por exemplo, o movimento de uma peça a ser usada na indústria) ou a materialização, que pode ser feita por tecnologias como a impressão 3D (como o protótipo em aço da mesma peça para testes reais de funcionamento). Então, partindo-se de uma dimensão reduzida, como a de uma formiga, ou de um dinossauro, se o arquivo for 3D, é possível materializá-lo.

Pesquisas desenvolvidas na parceria entre o Next e o grupo Dada foram, por várias vezes, capas de publicações internacionais de renome das áreas de obstetrícia e medicina fetal

Os trabalhos em parceria com o museu repercutiram tanto na mídia quanto no meio científico e a impressão se estendeu a múmias e dinossauros. "Tanto a tomografia como a ressonância magnética, que foi a segunda tecnologia com que trabalhamos, 'fatiam' o objeto analisado, gerando camadas. Portanto, trabalhando digitalmente, era possível extrair as bandagens da múmia até se chegar ao crânio a ser impresso", explica o professor.

Em 2006, Jorge Lopes seguiu para o doutorado no Royal College of Art, em Londres, em busca de novos desafios para a impressão 3D.

Participação no 3D Printing Show, realizado em Londres, em 2012Participação no 3D Printing Show, realizado em Londres, em 2012

– A ideia da tese surgiu quando uma colega que estava grávida, entrou, certo dia, no elevador enquanto eu conversava com meu orientador: trabalhar com ultrassom e impressão 3D de fetos, transformando o arquivo 3D gerado no ultrassom em modelo físico, durante a gravidez.

Não foi fácil. Em nenhum lugar Jorge encontrava um parceiro que se dispusesse a abraçar a ideia. "Todos julgavam inviável", recorda-se. Após pesquisar várias clínicas e institutos na Europa e no Brasil, Jorge Lopes chegou ao Dr. Heron Werner, que aceitou o desafio e é, até hoje, seu parceiro nas pesquisas ligadas à Medicina Fetal.

– Começamos a trabalhar com tomografias, que são utilizadas apenas em casos extremos, como a gestação de gêmeos siameses ou a presença de tumores –, mas o grande pulo do gato era realmente a ultrassonografia, que é o exame que se faz habitualmente durante a gravidez. Para este caso, além das alterações nas configurações da máquina para obter os arquivos, era necessário mexer também nos arquivos gerados, esclarece. E prossegue:

– Em nossas observações, passamos a perceber que, já que era possível rodar blocos de imagens, que se tinha informações sobrepostas gerando o 3D (tradicional) da ultrassonografia, seria possível extrair dali dados matemáticos. Comecei, junto com o também professor do Design da PUC-Rio Ricardo Fontes, a esmiuçar para entender como poderia extrair essa informação matemática, já que não existia uma ferramenta com essa finalidade. Em seguida, passei a separar manualmente os vários arquivos da ultrassonografia. Eu chegava a capturar 1500 desenhos e, a partir daquela imagem ruidosa, os segmentava utilizando caneta ótica; separava o que era a placenta, o feto, e assim por diante, a fim de chegar às partes do corpo do feto que interessavam e juntá-las para a impressão.

A pesquisa foi ficando tão interessante que acabou sendo orientada por três pesquisadores, o renomado designer israelense Ron Arad, a pesquisadora Hillary French, diretora do Royal College of Art e o famoso médico escocês, professor Stuart Campbell, o primeiro a utilizar ultrassom 3D em gestantes, na Europa. "Em 2007, finalmente publicamos o primeiro artigo na área para demonstrar a inovação. Houve uma grande repercussão, pois era um trabalho inédito a impressão de um feto. Fomos matéria do The Times, da Scientific American, de muitos lugares. Fui entrevistado no Good Morning America. Recebemos mensagens de congratulações até do Vaticano e da importante pesquisadora americana, Dolores Pretorius.

A tese 3D Modelling tools: the experimental application of digital model making technologies in fetal Medicine, defendida em 2009, apresentou, assim, um método inovador para desenvolver modelos a partir do útero durante a gravidez. "O feto impresso do meu filho, hoje com 7 anos, é parte da coleção permanente do Science Museum de Londres. Em 2014, quando minha mulher esperava minha filha, foi realizada uma exposição mundial em Atenas, paga pela Fundação Onassis, sobre os grandes avanços da impressão 3D no mundo. Como o projeto com os fetos foi escolhido como uma das dez principais aplicações do 3D na história, eu imprimi uma ressonância da bebê ainda na barriga e enviei para a exposição", relembra.

Jorge Lopes em entrevista a Scientific American, em 2013: repercussão mundial da impressão 3D de fetosJorge Lopes em entrevista à Scientific American, em 2013:
repercussão mundial da impressão 3D de fetos

As pesquisas evoluíram, sempre acompanhadas por publicações em revistas de alto nível científico e inserções na mídia, além das participações em congressos e eventos como o 3D Printing Show, realizado em Londres, em 2012. "Há pouco tempo, imprimimos quadrigêmeos pela primeira vez na história", comenta, e as imagens geradas serão capa do Journal of Ultrasound in Obstetrics and Gynecolgy.

Um outro aspecto importante dos trabalhos desenvolvidos foi dar a possibilidade a pais ou mães com deficiências visuais de ter uma ideia da aparência de seus filhos. Jorge conta, que, de início, não encontraram nenhum candidato no Instituto Benjamin Constant. "Quando começamos a imprimir fetos de deficientes visuais nos Estados Unidos, uma reportagem foi divulgada no Fantástico. A partir de então, surgiram inúmeros casais, atendidos até hoje, gratuitamente, pelo Dr. Heron, conta o professor.

Também na PUC Rio, esse grupo de pesquisadores faz parte do Núcleo de Tecnologia Médica do recém-criado Departamento de Medicina, coordenado pelos médicos e professores Hilton Koch e Jorge Biolchinni.

Microcefalia – Ainda na área da Medicina Fetal, em função do grande número de casos de microcefalia desencadeados pela epidemia do vírus Zika, a impressão tridimensional de crânios para apoio ao acompanhamento de crianças afetadas se tornou mais uma frente de projetos do NEXT. Dois trabalhos já foram publicados sobre este tema, tendo sido, inclusive, capas da Ultrasound in Obstetrics and Gynecology e da Prenatal Diagnosis. "Estamos realizando comparativos, buscando acompanhar como se dá a expansão craniana. Propusemos, inclusive, a criação de um protocolo de análise 3D de microcefalia. No campo das pesquisas que envolvem morfologia, de forma geral, a visualização 3D tem muito a contribuir", observa Jorge Lopes.

Próximos passos – A mais recente parceria do NEXT é com o Instituto Tecgraf da PUC-Rio, representado pelo professor da Informática Alberto Raposo. O projeto envolve o desenvolvimento de ferramenta matemática para a obtenção automática do 3D. Trata-se do primeiro projeto do instituto com recursos da Lei da Informática.

– Hoje, quando a paciente realiza o exame de ultrassom, obtém-se a imagem clássica, em que o leigo, muitas vezes, não consegue identificar muitas coisas. Até temos o ultrassom 3D, mas nenhum dos dois fornecem dados para materializar qualquer coisa. Como disse anteriormente, a gente consegue imprimir a partir da ultrassonografia, mas por um processo que é digital, mas, ao mesmo tempo, manual, trabalhando os arquivos camada a camada para gerar o 3D e imprimir o feto. É um processo que pode demorar horas, e até dias, dependendo, e utiliza vários softwares, explica Jorge.

Segundo ele e o professor Alberto Raposo, a ideia agora é semiautomatizar esse processo, ou seja, o paciente sair do exame com um arquivo 3D gerado pelo equipamento, para, em seguida, mandar imprimi-lo ou visualizá-lo em realidade virtual. "É ter a informação em 3D. O aparelho de ultrassom vai fornecer o arquivo. O projeto busca tornar o processo comercialmente factível", acrescenta Alberto.

O Tecgraf vai desenvolver um software único para ser integrado aos equipamentos de ultrassom. O Dr. Heron Werner vai acompanhar todo o processo.

Literalmente, é esperar pra ver.

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