A equipe VISE trabalha para desenvolver sistema de navegação 3D para melhor tratar pedras nos rins

por Jill Clendening

Uma equipe multidisciplinar do Instituto Vanderbilt de Cirurgia e Engenharia (VISE) está trabalhando para criar um sistema de navegação em tempo real para diminuir os fragmentos residuais de cálculos deixados após a cirurgia de cálculos renais.

Dos 100.000 pacientes submetidos à remoção endoscópica de cálculo renal a cada ano nos Estados Unidos, 25% necessitarão de uma nova cirurgia de cálculo dentro de 20 meses. Isso quase sempre se deve a fragmentos de cálculos deixados para trás, que podem causar obstrução ureteral, infecção do trato urinário e lesão renal. De acordo com a National Kidney Foundation, estima-se que 1 em cada 10 pessoas terá pedra nos rins em algum momento da vida.

“Esperamos transformar o tratamento cirúrgico de pacientes com cálculos renais”, disse o co-investigador principal Nicholas Kavoussi, MD, professor assistente de Urologia no Vanderbilt University Medical Center. “A cirurgia endoscópica de cálculo exige que o cirurgião visualize todo o sistema coletor renal para localizar cada cálculo renal, e há muitos desafios nisso. Durante a cirurgia, sangue ou detritos podem obscurecer o já limitado campo de visão. Além disso, navegar com sucesso pelo sistema coletor renal exige que o cirurgião crie mentalmente um modelo 3D da anatomia do paciente a partir de imagens pré-operatórias de tomografia computadorizada (TC) 2D.

“Durante um procedimento cirúrgico, os cálculos renais podem fragmentar-se e espalhar-se, complicando ainda mais o rastreamento intraoperatório. Acreditamos que um sistema de navegação durante a cirurgia de cálculos pode melhorar as taxas de eliminação de cálculos, reduzindo cirurgias recorrentes e complicações de fragmentos residuais.”

Ao sobrepor um modelo 3D da imagem pré-operatória de um paciente e atualizá-lo durante a cirurgia, o mapa de navegação resultante permitirá ao cirurgião rastrear pedras e fragmentos de pedras com mais precisão. Espera-se que o primeiro sistema de navegação do tipo identifique fragmentos de pedra com menos de 250 micrômetros de diâmetro, um tamanho normalmente considerado poeira, que pode então ser removido para aliviar problemas futuros. O sistema de navegação está sendo projetado para funcionar com câmeras cirúrgicas endoscópicas existentes, permitindo integração com qualquer sistema cirúrgico em uso.

O co-investigador principal Ipek Oguz, PhD, professor assistente do Departamento de Ciência da Computação da Universidade Vanderbilt, é especialista em métodos de aprendizado de máquina/aprendizado profundo para segmentação de imagens médicas. Ela e sua equipe analisarão os vídeos e imagens obtidos durante o estudo para determinar a eficácia do novo sistema e o impacto nos resultados dos pacientes.

“Ao concluir nosso estudo de dois anos, esperamos ter coletado os dados necessários para justificar um estudo multicêntrico em larga escala para avaliar os resultados de cirurgias de remoção de cálculos renais com e sem o sistema de navegação”, disse Oguz. “Além disso, nosso sistema é generalizável para que futuros pesquisadores que desenvolvam sistemas automatizados de rastreamento e segmentação de vídeo possam aplicar nossa abordagem básica para outras cirurgias endoscópicas.”

O Departamento de Urologia tem uma prática ativa de cálculos renais, atendendo mais de 60 pacientes com cálculos renais a cada semana. Na região, o VUMC atua como centro de referência terciário para pacientes com cálculos renais complexos.

“Eu vi em primeira mão o impacto que as cirurgias repetidas têm nos pacientes quando fragmentos residuais de cálculos renais causam complicações”, disse Kavoussi. “Eles geralmente ficam frustrados, muitas vezes com dor, e a última coisa que querem é outro procedimento. Acrescente a isso o tempo perdido no trabalho e nas atividades diárias, e é fácil ver por que este é um desafio cirúrgico que precisamos resolver.”

O VISE é uma estrutura interdisciplinar e transinstitucional projetada para facilitar interações e intercâmbios entre engenheiros e médicos. A sua missão é a criação, desenvolvimento, implementação, avaliação clínica e tradução de métodos, dispositivos, algoritmos e sistemas concebidos para facilitar processos intervencionais e seus resultados.

Esta pesquisa é apoiada pelo Instituto Nacional de Diabetes e Doenças Digestivas e Renais (R21DK133742). A VISE forneceu apoio inicial para este projeto através de um prêmio de residência médica para Kavoussi e Oguz, que foi aproveitado para conduzir estudos preliminares.