A tecnologia de imagens médicas – como ressonância magnética, ultrassom e raio-X – está ganhando poder e precisão, especialmente na esteira de recentes avanços em inteligência artificial. Vários grupos de pesquisa da EPFL estão contribuindo para esse progresso e moldando ativamente o futuro nessa área.
Graças aos avanços na imagem médica, os médicos podem localizar uma fratura óssea, detectar um tumor e observar um bebê dentro do útero, tudo de uma maneira completamente não invasiva. Não há como dizer o quão longe seremos capazes de ver dentro do corpo humano um dia. A tecnologia está se desenvolvendo em um ritmo rápido, gerando imagens com resolução cada vez maior que podem ser usadas para detectar anomalias cada vez menores.
Na área de ressonância magnética (RM), o Prof. Dimitri Van De Ville, chefe do Laboratório de Processamento de Imagens Médicas da EPFL, identificou duas tendências opostas.
“A primeira tendência é um aumento na força dos campos magnéticos das máquinas, permitindo que elas revelem pequenas irregularidades, como lesões microscópicas e células cancerígenas em estágio inicial”, diz Van de Ville.
A maioria das máquinas de ressonância magnética em hospitais hoje tem um campo magnético de 1,5 ou 3 teslas s. Engenheiros da Alternative Energies & Atomic Energy Commission perto de Paris inventaram uma máquina com um campo magnético de 11,7 teslas – o mais poderoso do mundo. De acordo com o Prof. Jean-Philippe Thiran, chefe do Laboratório de Processamento de Sinais da EPFL, “quanto mais forte o campo magnético, melhor podemos captar sinais fracos que de outra forma seriam difíceis de capturar, nos dando informações mais granulares.”
Na EPFL, engenheiros desenvolveram uma máquina de 7 tesla – poderosa o suficiente para mapear cérebros humanos por camada neural in vivo. O Prof. Friedhelm Hummel, titular da Cátedra Defitech de Neuroengenharia Clínica, explica: “Isso nos dará uma melhor compreensão das estruturas do cérebro humano, porque por enquanto o papel exato de cada estrutura não está realmente claro.”
A segunda tendência que Van De Ville identificou vai na direção oposta: o desenvolvimento de máquinas que têm um campo magnético bem abaixo de 1,5 teslas, mas que ainda podem gerar imagens de qualidade boa o suficiente para fazer diagnósticos sólidos. O objetivo é criar dispositivos de baixo custo que sejam fáceis de transportar e instalar, o que pode ser especialmente útil em países em desenvolvimento. “Isso será possível graças a avanços em sensores de imagem, dispositivos e processamento de dados – alguns dos quais estão sendo feitos aqui mesmo na EPFL”, diz Van De Ville.
Quanto mais forte o campo magnético, melhor podemos captar sinais fracos que, de outra forma, seriam difíceis de captar, o que nos dá informações mais granulares.
Jean-Philippe Thiran, professor e chefe do Laboratório de Processamento de Sinais da EPFL
O ultrassom está de volta
Outra tecnologia de imagem – ultrassom – mudou muito pouco desde que foi inventada. “O ultrassom é usado para observar o batimento cardíaco de um paciente ou um bebê se movendo dentro do útero, por exemplo”, diz Thiran, especialista nessa tecnologia.
Cientistas têm olhado de novo para o potencial do ultrassom nos últimos anos, pois ele pode ser acoplado a sistemas para realizar cálculos em tempo real. “As máquinas mais recentes são equipadas com calculadoras extremamente poderosas que podem processar enormes quantidades de dados em tempo real”, diz Thiran. “Por exemplo, agora podemos medir as propriedades físicas de um tecido, como sua elasticidade. Isso será útil para detectar cirrose e outras doenças hepáticas.”
As calculadoras poderosas também permitirão que máquinas de ultrassom funcionem muito mais rápido. Hoje, elas podem gerar de 30 a 40 imagens por segundo, mas em um futuro não muito distante sua produção aumentará para 1.000 a 2.000 imagens por segundo. “Isso permitirá que os médicos observem processos dinâmicos, como o fluxo sanguíneo, inclusive no cérebro”, diz Thiran.
A revolução da inteligência artificial
A inteligência artificial, incluindo aprendizado de máquina, processamento de dados e algoritmos, será um componente essencial dos sistemas de imagens médicas do futuro. “A IA está revolucionando o campo da imagem médica porque permite que os médicos compilem informações de diferentes tipos de exames de pacientes”, diz Van De Ville. “Em breve, eles poderão combinar os resultados de uma ressonância magnética com os de um raio-X ou até mesmo os registros médicos de um paciente para obter uma visão abrangente de uma doença ou do funcionamento de um órgão específico.”
Van De Ville, cuja pesquisa envolve modelagem do cérebro humano, avalia que um dia os médicos poderão estabelecer previsões fazendo perguntas a um programa interativo. “A IA já pode ser usada para classificar imagens e detectar anomalias, mas a tecnologia irá além e se tornará mais poderosa”, ele diz. Thiran concorda: “Você logo ouvirá as pessoas falando sobre imagens médicas computacionais ou calculativas. O objetivo de todos esses avanços é obter uma melhor compreensão dos órgãos humanos e identificar doenças de forma mais eficaz.”
No entanto, Thiran observa que a imagem aprimorada por IA tem suas limitações. “Precisamos usar modelos de alta qualidade para treinar programas de IA para que as imagens e previsões que eles produzem sejam precisas. Caso contrário, eles lhe darão alucinações.” Os programas, portanto, precisarão ser alimentados com grandes quantidades de dados e ser conduzidos por algoritmos robustos.
Hummel, por sua vez, aponta para as questões éticas que cercam a IA. “Suponha que esse tipo de imagem médica preveja que alguém tem uma probabilidade razoável de desenvolver Alzheimer, por exemplo, anos antes da doença se apresentar clinicamente. Essa pessoa deve ser informada? E se sim, como? E se os médicos não tiverem 100% de certeza da previsão, e se ainda não houver tratamento para a doença naquele momento?”
Os últimos avanços nessa área, como todas as formas de progresso tecnológico, devem ser acompanhados por uma consideração das questões éticas associadas – especialmente porque a imagem médica fornece insights sobre os aspectos mais íntimos de quem somos.
