Inteligência artificial no diagnóstico de doenças cardíacas: conheça a pesquisa premiada

A saúde cardíaca é uma das principais preocupações da medicina moderna, já que doenças cardiovasculares são uma das maiores causas de morte no mundo. Em meio a essa realidade, a tecnologia tem se mostrado uma grande aliada, especialmente, com o avanço da inteligência artificial (IA). Um exemplo notável desse avanço é o trabalho desenvolvido por Italo Francyles, pós-doutorando na Universidade Federal do Maranhão (UFMA), sob a orientação do professor Aristófanes Corrêa Silva, que foca na segmentação de estruturas cardíacas em imagens de Cinerressonância Magnética usando IA, uma tecnologia capaz de identificar as estruturas do coração de forma mais rápida e automatizada que os métodos tradicionais.

Essa pesquisa inovadora rendeu a Italo o Prêmio FAPEMA 2023, na categoria Tese de Doutorado: Ciências Exatas e Engenharia, um reconhecimento não apenas pela excelência técnica do trabalho, mas também pelo impacto social e econômico que pode gerar no Maranhão e no Brasil. Mas como, exatamente, essa tecnologia funciona e o que torna a pesquisa de Italo tão promissora?

O problema: diagnósticos lentamente manuais

Atualmente, o diagnóstico de doenças cardíacas com cinerressonância magnética depende muito da interpretação visual das imagens por especialistas, o que pode levar tempo e estar sujeito a erros humanos. Em hospitais públicos com alta demanda, a análise manual de centenas de exames por semana pode ser muito demorada, o que impacta diretamente a qualidade do atendimento aos pacientes e a carga de trabalho médico.

Italo identificou essa dificuldade ao observar a rotina dos hospitais e percebeu que a inteligência artificial poderia otimizar esse processo. "A interpretação visual de exames é lenta e cansativa, e, quanto maior o número de exames, maior a possibilidade de falhas", explica. "A ideia de usar IA é justamente automatizar essa análise, ajudando os médicos a tomarem decisões mais rápidas e assertivas", assinala.

O pesquisador destaca que o processo de segmentação, isto é, a separação das diferentes estruturas cardíacas nas imagens, é uma etapa essencial do diagnóstico. "É um trabalho meticuloso, em que pequenos detalhes podem fazer uma grande diferença na identificação de problemas cardíacos. Com a IA, conseguimos fazer isso de maneira mais rápida e automática", destaca.

Como funciona a segmentação por inteligência artificial

A segmentação de imagens é um campo da IA que usa técnicas de aprendizado profundo (deep learning) para "ensinar" o computador a reconhecer e identificar diferentes partes do coração. Para que isso ocorra, é necessário alimentar a IA com milhares de imagens previamente analisadas por especialistas, o que permite que o sistema "aprenda" a reconhecer padrões e distinguir as diferentes estruturas com alta precisão.

"No começo, o desafio era treinar o algoritmo para que ele entendesse o que estava 'vendo'. Tínhamos que trabalhar com um volume gigantesco de dados para garantir que o sistema fosse capaz de interpretar corretamente as estruturas cardíacas", relata Italo. O pesquisador explica que, após o treinamento, a IA é capaz de identificar estruturas como ventrículos, átrios e vasos sanguíneos nas imagens de cinerressonância magnética, facilitando a detecção de doenças cardíacas. A tecnologia não substitui o médico, mas oferece uma segunda opinião altamente qualificada, baseada em milhares de casos anteriores, ajudando a reduzir o risco de erro humano.

Um avanço crucial para a ciência no Maranhão

A pesquisa de Italo vai muito além do impacto tecnológico, ela traz benefícios diretos para a população do Maranhão, um estado onde os desafios na área da saúde são conhecidos. "Nós vivemos em uma realidade em que os hospitais estão sobrecarregados, com poucos especialistas e muitos pacientes esperando por diagnósticos", comenta o pesquisador. "A automação desse processo é uma maneira de aliviar essa pressão e garantir que mais pessoas tenham acesso a diagnósticos rápidos e eficientes". 

O professor Aristófanes Corrêa Silva, orientador de Italo, enfatiza a importância da pesquisa para a região. "A automação de processos como a análise de imagens médicas tem um potencial enorme para desafogar o sistema de saúde e melhorar o atendimento à população. E é gratificante ver um trabalho dessa magnitude sendo desenvolvido aqui no Maranhão", reflete. 

Além de reduzir o tempo de diagnóstico, a IA pode ajudar a compensar a falta de especialistas em hospitais menores ou em áreas mais remotas, onde o acesso a cuidados médicos de alta qualidade é limitado. 

Superando os desafios 

Apesar das conquistas, o caminho até o sucesso não foi fácil. Como em toda pesquisa científica, Italo enfrentou vários obstáculos ao longo do desenvolvimento de seu projeto. "A pesquisa é um processo longo, cheio de altos e baixos", confessa. "Você passa semanas com bons resultados e, de repente, tudo parece estagnar. Mas esses momentos de frustração também nos ensinam muito e nos ajudam a amadurecer como pesquisadores", retrata. 

Um dos maiores desafios foi a obtenção de dados de qualidade para treinar a IA. "No início, tivemos dificuldades em conseguir imagens suficientes para treinar o sistema de forma eficiente", relata Italo. Foi necessário utilizar as bases de dados ACDC e M&Ms, que contêm imagens cardíacas de pacientes com diferentes condições de saúde. Cada base inclui imagens de várias fases do ciclo cardíaco (sístole e diástole) que permitem avaliar como o coração se comporta em diferentes momentos. 

Outro obstáculo foi garantir que a IA fosse capaz de interpretar as imagens de forma consistente, independentemente da qualidade dos exames ou das variações entre pacientes. "As imagens de cinerressonância magnética podem variar muito de um paciente para outro, e o sistema precisa ser robusto o suficiente para lidar com essas diferenças", explica o pesquisador. 

Apesar desses desafios, o trabalho árduo valeu a pena. O sistema desenvolvido por Italo já demonstrou resultados promissores em testes alcançando resultados com mais de 90% de precisão nas duas bases de dados. "A gente pulou de alegria. Porque o processo de treinamento é demorado, a pesquisa durou quase uns 4 anos", conta Italo.

Um legado de inovação  

Para Italo Francyles, a maior recompensa de sua pesquisa é saber que seu trabalho pode fazer a diferença na vida das pessoas. "É indescritível. É uma sensação muito legal, sabe? De saber que você está contribuindo. A gente aqui na Universidade acredita que a sociedade espera muito que tragamos esse tipo de solução, contribua para ela de alguma forma. E é muito bom poder dar essa resposta", confidencia. 

Seu orientador, Aristófanes Corrêa Silva, compartilha desse sentimento. "Ver um aluno como o Italo desenvolver um trabalho de tamanha relevância e potencial de impacto é motivo de orgulho, não apenas para mim, como orientador, mas para toda a Universidade Federal do Maranhão. Ele está abrindo caminhos não só na pesquisa, mas também no desenvolvimento tecnológico aplicado à saúde, o que pode beneficiar milhares de pessoas no estado e, eventualmente, em todo o Brasil", afirma Aristófanes. 

A pesquisa de Italo também pode inspirar novos pesquisadores a explorar as interseções entre tecnologia e medicina. "Muitos pessoas agora se interessam por IA e como ela pode ser usada para resolver problemas reais. É incrível ver como um projeto pode estimular tantas pessoas a buscarem soluções inovadoras para os desafios que enfrentamos no dia a dia", declara o orientador.

Impacto social e econômico no Maranhão 

A pesquisa de Italo não se limita a beneficiar apenas a área da saúde. Ela também tem o potencial de gerar impactos sociais e econômicos importantes para o Maranhão. O desenvolvimento de tecnologias avançadas como essa cria oportunidades para a formação de novos profissionais especializados em IA e saúde, o que pode gerar um ciclo virtuoso de inovação e desenvolvimento tecnológico na região. 

A aplicação da IA em hospitais públicos pode trazer economia aos cofres públicos, já que a automação reduz a necessidade de mão de obra humana em certas etapas do diagnóstico e diminui o número de exames repetidos devido a erros de interpretação. "Quando você reduz o tempo de diagnóstico e melhora a precisão, você também economiza recursos, o que é essencial em um sistema de saúde com recursos limitados", explica Italo. Além disso, o uso de tecnologias de ponta pode atrair investimentos e empresas interessadas em desenvolver soluções tecnológicas no estado.

Prêmio Fapema e reconhecimento  

O reconhecimento da pesquisa de Italo Francyles veio com o Prêmio FAPEMA 2023, na categoria Tese de Doutorado – Ciências Exatas de Engenharia, destacando o impacto e a inovação do trabalho no campo da saúde e da tecnologia. Esse prêmio celebra a importância de sua contribuição científica, ao aplicar inteligência artificial no diagnóstico de doenças cardíacas, e reflete o potencial da pesquisa para transformar a prática médica e gerar benefícios sociais e econômicos.

Além disso, o prêmio evidencia o compromisso de Italo em aproximar a ciência da população do Maranhão, reafirmando o papel da UFMA como um polo de pesquisa de ponta no país.

Por: Geovanna Selma

Produção: Ingrid Trindade

Fotos: Ingrid Trindade

Revisão: Jáder Cavalcante