Realidade Virtual e Medicina

Renato M.E. Sabbatini


Núcleo de Informática Biomédica da Universidade Estadual de Campinas
WWW: http://home.nib.unicamp.br/~sabbatin Email:renato@sabbatini.com.

Revista Informédica, 1(1): 5-11, 1993.


A Realidade Virtual (VR), também chamada de realidade artificial é o mais novo brinquedo tecnológico da Medicina. Nos últimos dois anos, multiplicaram-se os grupos de pesquisa e os projetos em desenvolvimento, e começaram a aparecer até mesmo os primeiros produtos comerciais.


O que é realidade virtual ?

Ela consiste de uma combinação de software, computadores de alto desempenho e periféricos espe-cializados, que permitem criar um ambiente gráfico de aparência realística, no qual o usuário pode se locomover em três dimen-sões. Nele, objetos imagi-nários, criados por soft-ware, podem ser sentidos e manipulados.
Fig. 1 - DataGlove

O cerne de um sistema de VR é formado por dois periféricos: o primeiro é um capacete (Head-Mounted Display - HMD) contendo duas telas de vídeo miniaturizadas coloridas, uma para cada olho, e um fone de ouvido estéreo (Fig. 1). Em conjunto, eles dão ao usuário a sensação de estar em um ambiente 3D, sintetizado pelo software. O segundo é a DataGlove, uma luva que contém sensores de posição espacial da mão do usuário, bem como a posição de todas as articulações do pulso e dos dedos (Fig. 2). A DataGlove manda informações para o software de VR, que então cria uma mão virtual dinâmica, dentro do ambiente 3D. Existem muitos outros tipos de sensores e atuadores, que conforme a aplicação podem ser utilizados, criando um ambiente cada vez mais realístico: sensores de tato, de força e de marcha, atuadores de umidade, gosto, olfato, tato, força, etc. A DataSuit é o conjunto sensor mais complexo: é uma vestimenta que pega a posição de todas as arti-culações do corpo. Existem diversas empresas que fabricam e fornecem equipamentos especializados para VR: a mais conhecida é a VPL Research, criada por um dos "magos" da indústria, Jaron Lanier, que participou da criação da DataGlove.


Fig. 2 - Capacete de visualização

Entre as diversas aplicações desenvolvidas ou em desenvolvimento em VR, a simulação cirúrgica é uma das mais pesquisadas atualmente. O coronel-médico Richard Satava, do Exército dos EUA, por exemplo, está desenvolvendo uma simulação completa de uma sala cirúrgica, para fins didáticos. Na Itália, um neurocirugião de Milão, desenvolveu um sistema de VR para planejamento de radiocirurgias estereo-táxicas. Utilizando uma DataGlove e HMDs, o ci-rurgião "entra" em uma sala cirúrgica virtual e manipula um feixe de radiação, fazendo que o mesmo incida sobre o tumor na cabeça do paciente, apresentado a partir de uma reconstrução 3D semitransparente da cabeça do paciente. Os parâmetros espaciais derivados dessa manipu-lação são então passados diretamente ao computador que controla o acelerador linear que produz a radiação ionizante. Os sistemas de produção de imagens médicas, como ressonância magnética, ultrassom, etc., representam outro campo fértil para a VR. Recentemente um grupo de pesquisa anunciou o uso de um visor HMD para projetar, em três dimensões, a imagem de ultrassom do abdomen de uma mulher grávida, sobre o corpo filmado em vídeo da mesma, e tornado transparente por software. Deste modo, fica muito mais clara a relação espacial da imagem obtida pelo aparelho médico, com os pontos de referência anatômicos.

A telepresença (manipulação remota de aparelhos biomédicos) é outra área que vem se desenvolvendo bastante, e se apresenta como uma das mais viáveis com os sistemas existentes atualmente. A empresa SRI International, de Stanford, EUA, desenvolveu um sistema desse tipo para realização de cirurgias remotas. Segundo Phillip S. Green, diretor da área na SRI, as novas técnicas cirúrgicas minimamente invasivas, através de endoscópios, produzem um "desacoplamento" entre a percepção campo operatório e as manipulações que devem ser feitas, ou seja, os movimentos manuais e o "feedback" sensorial necessários para atuar sobre o campo operatório são bem diferentes dos utilizados em uma cirurgia convencional. A telepreseça permite refinar esses controles, de modo que o cirurgião passa a ter "feedback" visual, auditivo e tátil. Recentemente, esse sistema foi testado com sucesso por um cirurgião italiano, que operou um tumor hepático em um porco, controlando um dispositivo de telepresença cirúrgica a partir de Milão. Aliás, convém notar que o desenvolvimento inicial dos primeiros dispositivos de VR, a DataGlove e o HMD, foi financiado pela NASA, justamente para dotar o projeto da sonda espacial marciana com capacidade de telecirurgia (imagine um astronauta a dois anos de viagem da Terra, sofrendo de um apêndice supurado, sem cirurgião a bordo da nave !).

Na área de fisioterapia e biomecânica, existem tam-bém diversos produtos, como o Motion Analysis System, e o Gesture Control System, desenvolvidos pela empresa americana Greenleaf Medical Systems. O primeiro é um sistema para o controle motor funcional e análise de motilidade em atletas e pacientes normais e anormais, utilizando uma DataSuit. O segundo pode ser usado por deficientes físicos para agir sobre um ambiente virtual. Outro produto interessante da mesma empresa é o GloveTalker, que permite uma pessa (um mudo, por exemplo) controlar um sintetizador vocal utilizando gestos padronizados tridimensionais. O Dr. Dave Warner, neurologista do Advanced Technology Center da Universidade de Loma Linda, na Califórnia, utiliza há tempos sistemas de VR para reabilitação física. Pacientes que perderam a capacidade de se comunicar verbalmente (depois de um AVC ou tumor, por exemplo) aprenderam a utilizar com sucesso o DataGlove. Pacientes com lesões medulares aprenderam a usar a VR para manipular objetos virtuais e para realizar fisioterapias. Numa dessas aplicações, um paciente tetraplégico conseguiu tocar instrumentos musicais eletrônicos apenas com pequenos movimentos musculares da face e do pescoço, e de deslocar objetos virtuais sobre a tela, usando movimentos oculares. Outro centro que vem desenvolvendo aplicações da VR em engenharia de reabilitação é o Hospital San Raffaele, de Milão. A plataforma utilizada, que integra tecnologias de VR e de monitoração eletromiográfica e posturográfica, permite ao médico criar ambientes de realidade virtual e imergir o paciente nos mesmos. Assim, podem ser testadas respostas do paciente a situações de estimulação visual espacial. Um dos recursos mais interessantes do sistema italiano permite criar situações impossíveis de acontecerem na realidade, com um conflito crescente entre as informações sensoriais que o paciente vê e as que ele recebe através do labirinto e da propriocepção. Recolhendo-se dados da resposta (equilíbrio e ajuste motor), torna-se possível avaliar a natureza do distúrbio de forma inteiramente original. Já na Universidade da Carolina do Norte, desenvolveu-se um "mundo virtual" para uma criança autista grave, com resultados espetaculares: depois de poucas semanas de imersão nesse ambiente de VR, a criança já tinha adquirido um vocabulário de mais de 200 palavras. Explica-se: o mundo virtual não tinha seres humanos, apenas objetos pouco ameaçadores, mas que eram capazes de ensinar coisas para a criança.

Sem dúvida, as aplicações no ensino médico estão entre as mais fascinantes e que tem motivado maior número de estudos. O Human Interface Technology Laboratory da Universidade de Washington em Seattle, EUA, por exemplo, desenvolveu um esqueleto ósseo tridimensional, com músculos, que pode ser manipulado por um estudante com um HMD e uma DataGlove, de modo a entender a fisiologia do sistema ósteomuscular. Liderados pelos Drs. Suzanne Weghorst e Tom Furness, pioneiros da VR biomédica, o Laboratório está também construindo um Anatomista Digital, que é uma reconstrução tridimensional completa do corpo de um cadáver a partir de secções anatômicas e de ressonância magnética. Os alunos poderão "passear" dentro do corpo virtual, escolhendo o tamanho que quiserem assumir. Dissecções e cirurgias virtuais também estão sendo implementadas para ensinar anatomia.


O Futuro

A atualidade do tema é indicada pelo fato de que já se realizou um congresso sobre o assunto: Medicine Meets Virtual Reality, realizado de 4 a 7 de junho do ano passado, em San Diego, nos EUA. O congresso, que contou com mais de 250 participantes, apresentou 42 trabalhos, dos quais poucos relatavam aplicações concretas da VR em Medicina (a maioria enfocava experimentos de telemanipulação e visualização 3D). A conclusão do congresso (que será realizado novamente em 1994) é de que o uso intensivo e disseminado dessa nova tecnologia em Medicina demorará cerca de 20 anos para acontecer, pois ainda não existem sistemas computacionais de baixo custo capazes de dar o desempenho mínimo necessário para simulações em tempo real. Por e-xemplo, só considerando a parte de vídeo binocular, ele deverá ter 4.028 x 4.028 pixels de 24 bits de cor por olho, um alcance de 140 x 80 graus de arco, com 1 minuto de grau de resolução mínima, 1000-3000 pés-lambert de luminância e velocidade de 50 quadros por segundo. O software de visualização 3D, deve ser capaz de exibição, com qualidade fotográfica, de movimentos contínuos com atualização de 30 a 300 quadros por segundo, cada quadro contendo entre 5 a 10 milhões de polígonos de superfície (isso implica uma velocidade máxima de 3 bilhões de polígonos por segundo, ou quase 5 bilhões de pixels por segundo, o que atualmente só supercomputadores conseguem realizar).

Apesar disso, o congresso terminou com grande euforia e entusiasmo com o potencial demonstrado pela VR na Medicina (os anais do congresso podem ser comprados pelo correio, na P.O. Box 23220, San Diego CA 92193, USA). Um dos motivos do entusiasmo é que empresas de vídeogames estão lançando versões superbaratas dos óculos de visualização tridimensional e das luvas sensoras, como o Sega Virtua VR HMD (US$ 200) e a Nintendo PlayGlove (US$ 85). Acoplados a um simples PC, e com um software rápido de visualização tridimensional, como o 386 RenderMan, eles já estão causando uma verdadeira explosão nas aplicações simples da VR em Medicina, e permitindo a experimentação de baixo custo.

Quem quiser ler mais sobre o assunto também pode escrever para o Núcleo de Informática Biomédica da UNICAMP, que publicou uma bibliografia sobre realidade virtual em Medicina.


Referência Bibliográfica

  • Weghorst, S. - Inclusive Biomedical Visualization. Technical Publication No. HITL-R-91-2, Human Interface Technology Laboratory, University of Washington, Seattle, USA, 1991.
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