Assim como os atletas treinam para um jogo ou os atores ensaiam para uma apresentação, os cirurgiões se preparam antes de uma operação.
Agora, a Atlas Meditech está permitindo que os neurocirurgiões experimentem um novo nível de realismo em sua preparação pré-cirurgia com IA e simulações fisicamente precisas.
A Atlas Meditech, uma plataforma de inteligência em neurocirurgia, está adotando ferramentas, incluindo o framework de imagens médicas MONAI e a plataforma 3D de desenvolvimento NVIDIA Omniverse para construir plataformas de suporte à decisão impulsionadas por IA e de ensaio de cirurgia de alta fidelidade. Sua missão: melhorar os resultados cirúrgicos e a segurança do paciente.
“O Atlas fornece uma coleção de ferramentas multimídia para neurocirurgiões, permitindo-lhes ensaiar mentalmente uma operação na noite anterior a uma cirurgia real”, disse o Dr. Aaron Cohen-Gadol, fundador da Atlas Meditech e sua contraparte sem fins lucrativos, Neurosurgical Atlas. “Com computação acelerada e gêmeos digitais, queremos transformar esse ensaio mental em um ensaio altamente realista em simulação.”
O Atlas Neurocirúrgico oferece estudos de caso, vídeos cirúrgicos e modelos 3D do cérebro para mais de um milhão de usuários on-line. O Dr. Cohen-Gadol, também professor de neurocirurgia na Escola de Medicina da Universidade de Indiana, estima que mais de 90% dos programas de treinamento em neurocirurgia nos EUA, bem como dezenas de milhares de neurocirurgiões em outros países, usam o Atlas como um recurso-chave durante a residência e no início de suas carreiras cirúrgicas.
O software Pathfinder da Atlas Meditech está integrando algoritmos de IA que podem sugerir caminhos cirúrgicos seguros para especialistas navegarem pelo cérebro para chegar a uma lesão.
E com o NVIDIA Omniverse, uma plataforma para conectar e construir pipelines 3D personalizados e aplicações de metaverso, a equipe pretende criar representações virtuais personalizadas do cérebro de pacientes individuais para ensaios de cirurgia.
Modelos 3D Personalizados de Cérebros Humanos
Um dos principais benefícios das simulações avançadas da Atlas Meditech, seja na tela ou em realidade virtual imersiva, é a capacidade de personalizar as simulações, para que os cirurgiões possam praticar em um cérebro virtual que corresponda ao cérebro do paciente em tamanho, forma e posição da lesão.
“A anatomia de cada paciente é um pouco diferente”, disse o Dr. Cohen-Gadol. “O que podemos fazer agora com física e gráficos avançados é criar um modelo específico do cérebro do paciente e trabalhar com ele para ver e operar virtualmente um tumor. A precisão das propriedades físicas ajuda a recriar a experiência que temos no mundo real durante uma operação.”
Para criar gêmeos digitais do cérebro dos pacientes, a ferramenta Atlas Pathfinder adotou o MONAI Label, que pode apoiar os radiologistas anotando automaticamente exames de ressonância magnética e tomografia computadorizada para segmentar estruturas normais e tumores.
“O MONAI Label é a porta de entrada para qualquer projeto na área da saúde porque nos oferece a oportunidade de segmentar estruturas críticas e protegê-las”, disse o Dr. Cohen-Gadol. “Para o Atlas, estamos treinando o MONAI Label para atuar como os olhos do cirurgião, destacando o que é um vaso normal e o que é um tumor no exame individual de um paciente.”
Com uma visão segmentada do cérebro de um paciente, o Atlas Pathfinder pode ajustar seu modelo cerebral 3D para se transformar à anatomia específica do paciente, capturando como o tumor deforma a estrutura normal de seu tecido cerebral.
Com base na visualização, que radiologistas e cirurgiões podem modificar para melhorar a precisão, o Atlas Pathfinder sugere as abordagens cirúrgicas mais seguras para acessar e remover um tumor sem prejudicar outras partes do cérebro. Cada abordagem tem links para o site do Atlas, que inclui um tutorial escrito do plano operacional.
“O suporte à decisão impulsionado por IA pode fazer uma grande diferença na navegação em uma estrutura 3D altamente complexa, onde cada milímetro é crítico”, disse o Dr. Cohen-Gadol.
Ambientes de Ensaio Realistas para Cirurgiões Praticantes
A Atlas Meditech está usando o NVIDIA Omniverse para desenvolver uma sala de cirurgia virtual que pode imergir os cirurgiões em um ambiente realista para ensaiar os próximos procedimentos. Na simulação, os cirurgiões podem modificar a forma como o paciente e o equipamento são posicionados.
Usando um fone de ouvido VR, os cirurgiões poderão trabalhar dentro desse ambiente virtual, passando passo a passo pelo procedimento e recebendo feedback sobre o quão perto eles estão aderindo à via alvo para alcançar o tumor. Os algoritmos de IA podem ser usados para prever como o tecido cerebral mudaria à medida que um cirurgião usa instrumentos médicos durante a operação e aplicar essa mudança estimada ao cérebro simulado.
“O poder de permitir que os cirurgiões entrem em um espaço virtual em 3D, cortem um pedaço do crânio e ensaiem a operação com um cérebro simulado que tem propriedades físicas muito semelhantes às do paciente seria tremendo”, disse o Dr. Cohen-Gadol.
Para simular melhor as propriedades físicas do cérebro, a equipe adotou o NVIDIA PhysX, um avançado mecanismo de simulação de física em tempo real que faz parte do NVIDIA Omniverse. Usando dispositivos hápticos, eles foram capazes de experimentar adicionar feedback háptico ao ambiente virtual, imitando a sensação de trabalhar com o tecido cerebral.
Vislumbrando IA, Robótica no Futuro do Treinamento em Cirurgia
O Dr. Cohen-Gadol acredita que nos próximos anos os modelos de IA serão capazes de melhorar ainda mais a cirurgia, fornecendo insights adicionais durante um procedimento. Exemplos incluem alertar os cirurgiões sobre estruturas cerebrais críticas que são adjacentes à área em que estão trabalhando, rastrear instrumentos médicos durante a cirurgia e fornecer um guia para os próximos passos da cirurgia.
A Atlas Meditech planeja explorar a plataforma NVIDIA Holoscan para streaming de aplicações de IA para potencializar esses insights intraoperatórios em tempo real. Aplicar a análise de IA às ações de um cirurgião durante um procedimento pode fornecer ao cirurgião feedback útil para melhorar sua técnica.
Além de serem usados para cirurgiões ensaiarem operações, o Dr. Cohen-Gadol diz que gêmeos digitais do cérebro e da sala de cirurgia podem ajudar a treinar instrumentos médicos inteligentes, como robôs microscópios, usando Isaac Sim, uma aplicação de simulação robótica desenvolvida no Omniverse.