Joshua Broder estava usando um aparelho da Wii para bater uma bola de pingue-pongue quando a idéia acontecia. Médico de emergência do Duke University Medical Center, ele usa ultra-som para entender o que está acontecendo dentro do corpo de um paciente e tratar feridas e doenças. Mas a imagem que ele obtém, embora rápida o suficiente para operar em tempo real, é bidimensional e difícil de analisar.
"O controle na minha mão é realmente uma coisa barata", ele pensou. "Por que os dispositivos médicos caros não usam esse tipo de tecnologia de baixo custo?"
Com a ajuda de engenheiros da Duke and Stanford, o Broder 3D imprimiu um corpo para uma varinha de ultrassom que alojava acelerômetros e giroscópios semelhantes aos encontrados em telefones ou Wiimotes. Esses pequenos dispositivos, que se tornaram onipresentes e baratos graças à revolução do smartphone, trabalham juntos para determinar o ângulo, a posição e a orientação de seu telefone, para que você possa jogar, manter a tela ereta e usar gestos. Anexado à varinha do ultrassom, que emite e recebe o ultrasom como o radar, os mesmos sensores rastreiam sua posição precisa. Então, à medida que as imagens são tiradas, o software usa essas informações para juntá-las em um arquivo tridimensional. A saída, embora não se aproxime da qualidade de imagem de uma ressonância magnética ou tomografia computadorizada, é muito mais fácil de entender do que uma imagem de ultra-som 2D, que pode parecer granulada e confusa.
As máquinas de ultrassom utilizadas por Broder são diferentes daquelas que os médicos usam para visualizar fetos não nascidos. Embora essas máquinas de tamanho de carrinho de compras forneçam imagens em 3D, elas custam centenas de milhares de dólares e não são extremamente portáteis. O que Broder descreve é um pequeno anexo impresso em 3D para uma máquina de ultra-som 2D de US $ 25.000, 00.
O ultra-som point-of-care, em que os médicos usam ultra-som durante um exame físico para informar mais, está se tornando mais comum - um mercado que a P & S Market Research espera crescer 7% ao ano até 2025 - mas ainda é um recurso subutilizado, diz Chris Fox, diretor de ultra-som instrucional da Universidade da Califórnia-Irvine. Ele ensina técnicas de ultrassonografia para médicos em uma ampla variedade de especialidades, desde a sala de emergência até a medicina interna, como capturar e ler imagens de ultrassom. "A qualidade dos cuidados simplesmente melhora quando você pode olhar através da pele do paciente para os órgãos que você está preocupado, bem ali no ponto de atendimento, e não ter que esperar por outro teste para voltar", diz Fox.
Uma visão ultrassonográfica do abdome pode dizer ao médico se o paciente está passando por uma obstrução intestinal, um cálculo biliar ou um rim bloqueado, por exemplo. A falta de ar pode ser atribuída a pneumonia, fluido no peito ou fluido ao redor do coração. Desta forma, os médicos podem usar ultra-som para determinar se um paciente precisa ser enviado para imagens adicionais ou não. E eles freqüentemente usam ultra-som para guiar a colocação da agulha na cirurgia laparoscópica e outros procedimentos que exigem a colocação precisa de implementos, porque pode mostrar uma imagem em tempo real da agulha entrando no tecido.
Mas é aí que o ultrassom 2D fica complicado; você não pode ver muito do tecido e é difícil diferenciar vasculatura, nervos, músculos e ossos. “Tudo o que estamos vendo é uma fatia, e temos que decidir agora, vamos olhar isso em um plano longitudinal ou em um plano transversal? Isso é confuso para se comprometer com um desses dois aviões ”, diz Fox. Uma vista transversal mostraria a agulha vindo em direção ao observador, e uma vista longitudinal mostraria a agulha entrando pelo lado, mas nesses planos bidimensionais é muito difícil determinar a profundidade e, portanto, se a agulha está posicionada adequadamente. "O ultra-som tridimensional é muito mais fácil de interpretar que realmente removeria essa camada de insegurança que eu acho que muitos médicos têm, quando se trata de tentar aprender ultra-som."
Mais simplesmente, ultra-som 2D é difícil de usar. “É difícil para as pessoas que nunca fizeram ultra-som aprender a tirar fotos e interpretá-las”, diz Broder. “Queremos que isso seja uma tecnologia tão intuitiva que muitos profissionais médicos possam usá-la imediatamente com quase nenhum treinamento”.
Apresentando no fórum de pesquisa do Colégio Americano de Médicos de Emergência, Broder descreveu o que ele vê como uma função principal da tecnologia: imagens cerebrais em crianças pequenas. Crianças com menos de dois anos de idade têm crânios moles e a ultrassonografia pode enxergar bem, ajudando a diagnosticar a hidrocefalia, onde o líquido cefalorraquidiano causa pressão no cérebro. Ele usou para gravar uma imagem do cérebro de uma criança de sete meses, enquanto o bebê estava sentado tranquilamente no colo de sua mãe. Não exigia radiação, como uma tomografia computadorizada, e a criança não precisava ficar imóvel ou sedada, como uma ressonância magnética. Eles simplesmente puxaram a varinha pela cabeça do menino, em um movimento de pintura. Em dez segundos isso foi feito.
O software de código aberto chamado 3D Slicer processa o resultado na tela com três eixos e um controle deslizante que permite aos médicos abrir a imagem e visualizar uma seção transversal. Tecnicamente, é uma pilha de imagens 2D - até 1.000 delas - colocadas lado a lado, mas o software também pode estimar o volume de recursos dentro delas, o que é especialmente útil no diagnóstico de tumores.
"É apenas um conjunto de dados muito mais dinâmico do que quando você tira uma foto", diz Broder. “Pense na analogia de uma fotografia na sua câmera. Depois de tirar a foto, você pode brincar com ela, mas se não gostou do ângulo de onde tirou a foto, não pode consertá-la ... quando você tem um conjunto de dados tridimensional, realmente tem muito controle sobre as perguntas que você quer fazer e como as responde ”.
Mesmo as máquinas de ultra-som mais caras não oferecem a precisão da tomografia computadorizada ou ressonância magnética, nem podem imagem de um corpo inteiro, mas isso não é o ponto, diz Broder. "Queremos trazer o custo em linha", diz ele. “Sofremos na medicina ocidental fazendo muitas coisas, talvez com maior precisão ou exatidão do que precisamos, e isso eleva o custo. Então, o que queremos fazer é exatamente o que o paciente precisa - fornecer o nível de detalhe necessário para o melhor atendimento ”.
Como o uso de ultra-som point-of-care aumenta, a equipe de Broder não é a única tentando melhorar as máquinas. O Clear Guide ONE, construído por médicos da Johns Hopkins, também usa um acessório de varinha, mas emprega um sistema visual para rastrear a inserção da agulha, embora seja restrito a essa aplicação. E, embora ofereça apenas ultra-som bidimensional, um dispositivo chamado Clarius se conecta sem fio a um smartphone para contornar completamente o computador e reduzir o preço para menos de US $ 10.000.
O tamanho pequeno e o baixo custo do dispositivo Broder o torna útil em áreas ao redor do mundo onde é impossível ou não usar o custo das máquinas maiores. A GE concordou, concedendo à Broder US $ 200.000 em seu primeiro Point of Care Ultrasound Research Challenge. Como está, o dispositivo está atualmente passando por testes clínicos, e Broder e seus colaboradores possuem uma patente internacional sobre ele. No futuro, Broder imagina o emparelhamento do dispositivo com um eletrocardiograma para obter imagens em tempo real dos batimentos cardíacos. Se os dados do eletrocardiograma corresponderem às imagens individuais captadas pelo ultrassom, você poderá classificar as imagens com base no momento em que elas ocorreram no ciclo cardíaco. Esta imagem "4D" pode dar melhores imagens do coração, pois compensa o movimento do próprio coração, bem como a respiração.
"Podemos fazer muitas das mesmas coisas que as caras máquinas 3D podem fazer, mas a um custo muito menor", diz Broder. "Estamos neste incrível momento em que as tecnologias de computação realmente facilitaram o que fizemos."
