Estudos da Física Médica auxiliam a modelar, medir e prever o comportamento do vírus SARS-CoV-2
Técnicas de diagnóstico por imagem utilizam conceitos da física / Foto: Shutterstock
Com o avanço do novo coronavírus, estudos interdisciplinares se tornaram cada vez mais necessários. Dentre os diversos campos da ciência envolvidos nesta tarefa, a Física tem contribuído com conhecimentos e técnicas que permitem modelar, medir e prever o comportamento dos sistemas biológicos causadores da doença. “Um exemplo dessa contribuição é que a estrutura molecular do vírus SARS-CoV-2 foi determinada através de uma análise de cristalografia por raios X e de microscopia eletrônica. Outro ponto importante é que os medicamentos e as vacinas que podem combater a Covid-19 devem ser previamente simulados computacionalmente e, na fase de produção, investigados, usando as técnicas físicas de microscopia eletrônica, difração e espalhamento de raios X”, explica a professora Ana Maria Marques, relatando os experimentos realizados por diversos grupos de pesquisa descritos na revista Physics Today, publicada neste mês.
A professora Michele Andrade, docente da Escola Politécnica, ainda destaca que a física é fundamental para a compreensão da extensão do contágio do coronavírus, pois trabalha diretamente nas simulações da dispersão de gotículas liberadas nos espirros e o nível de proteção de máscaras. “As simulações da física das partículas mostram que as gotículas maiores não viajam por uma distância longa por serem mais pesadas, mas as gotículas menores formam uma espécie de ‘nuvem gasosa’ que acaba se movimentando pelo ambiente e pode permanecer suspensa por várias horas”, salienta Michele.
A física também está presente nos hospitais que recebem os pacientes com sintomas da Covid-19, como dificuldade respiratória. De acordo com a professora Ana Maria, coordenadora do Grupo de Pesquisa em Imagens Médicas (NIMed), as técnicas de diagnóstico por imagem utilizando raios X são essenciais para a avaliação da gravidade do quadro dos pacientes. “As imagens da radiografia e da tomografia computadorizada mostram a extensão das áreas afetadas pela inflamação no pulmão devido a contaminação pelo novo coronavírus. A medicina nuclear também contribui para o diagnóstico, através da cintilografia de perfusão pulmonar, um exame que possibilita visualizar a extensão da perda de troca gasosa entre o sangue e o pulmão, auxiliando na avaliação da gravidade da doença”, ressalta a professora.
Físicos médicos Daniela Estácio, Diego Teixeira e Mayara Prata, que atuam no serviço de Radioterapia do Hospital São Lucas, realizando testes de controle de qualidade / Foto: Arquivo Pessoal
A Física Médica é um campo da física aplicada altamente interdisciplinar, que combina os conhecimentos da física, da matemática e da computação, com a biologia, a anatomia e a fisiologia para solucionar problemas relacionados à saúde e à medicina. No combate à Covid-19, os físicos médicos estão integrados na equipe de saúde, atuando diretamente no diagnóstico e no tratamento de pacientes.
Além de garantirem a qualidade dos equipamentos envolvidos no diagnóstico por imagem, eles atuam no desenvolvimento de sistemas computacionais de comunicação, processamento e análise digital de imagens. “Esses sistemas apoiam o médico no diagnóstico e possibilitam uma avaliação mais exata da condição de saúde do paciente e da extensão da doença, sendo útil para a tomada de decisões em relação ao tratamento. Adicionalmente, os físicos médicos atuam no apoio à qualidade da telerradiologia, que é um braço da telemedicina”, comenta a professora Michele Andrade.
Segundo ela, na telerradiologia, exames de imagem realizados em áreas rurais ou mesmo em hospitais podem ser enviados e analisados remotamente por vários médicos. Além disso, a rápida disseminação do coronavírus amplificou o valor das ferramentas de telerradiologia, pois elas permitem que o médico radiologista trabalhe fora do hospital, o que reduz o risco de contágio desse profissional da saúde.
Já no ambiente hospitalar, os físicos médicos atuam nas áreas de diagnóstico por imagem e na radioterapia. “Na área de diagnóstico por imagem, a função do físico médico é garantir que as imagens produzidas pelos equipamentos de radiografia, tomografia computadorizada, medicina nuclear, ressonância magnética e ultrassom tenham qualidade e confiabilidade para um diagnóstico seguro para os pacientes e para a equipe técnica. Na radioterapia, o físico médico é responsável por planejar, em conjunto com o médico, a melhor forma de tratar pacientes com câncer, utilizando feixes de radiação emitidos por aceleradores lineares, para destruir células malignas e preservar as células saudáveis”, resume a professora Ana Maria Marques, como pode ser visto em mais detalhes na Associação Brasileira de Física Médica.
Configuração geral da rede neural artificial utilizada para realizar a classificação dos casos de Covid-19 e outras doenças, a partir das imagens de radiografia de tórax / Imagem: Medicom
Uma das pesquisas desenvolvidas no Laboratório de Computação em Imagens Médicas (Medicom) da PUCRS vem utilizando métodos de inteligência artificial para identificar padrões e analisar a extensão do comprometimento dos pulmões durante a Covid-19. A pesquisa, que conta com uma equipe interdisciplinar de físicos, cientistas da computação e médicos, está desenvolvendo algoritmos que pretendem auxiliar o diagnóstico por meio da diferenciação das imagens de raios X da Covid-19 e de outras doenças, além de possibilitar a identificação de características nas imagens que estejam relacionadas com a maior probabilidade de agravamento da doença.
A professora Ana Maria, coordenadora do Medicom, destaca que os resultados iniciais demonstraram uma alta porcentagem de sensibilidade. “Os primeiros resultados, utilizando redes neurais artificiais na diferenciação da Covid-19 de outros tipos de doenças respiratórias com base em imagens de radiografia de tórax de bancos de dados públicos, apresentaram uma sensibilidade de 95%”, relata. A pesquisa está sendo realizada em cooperação com o Laboratório de Engenharia Biomédica da Universidade Federal de Uberlândia. A coordenadora do laboratório ainda comenta que a pesquisa segue com novas fases. “Imagens estão sendo coletadas para ampliar a base de dados em melhorar o desempenho da rede neural. Adicionalmente, a investigação com as imagens de tomografia computadorizada está em andamento”, destaca Ana Maria.
No curso de graduação em Física Bacharelado: Física Médica, os estudantes desenvolvem competências para a formação de um profissional com perfil interdisciplinar. O curso oferece uma base sólida em física e matemática e conhecimentos específicos e práticos nas áreas aplicadas, como radiologia, medicina nuclear, radioterapia e proteção radiológica.
A graduação habilita os estudantes para atuar em instituições de saúde, como hospitais e clínicas, indústria, centros de pesquisa e órgãos públicos. Assim como na formação médica, após a graduação, os físicos médicos podem realizar uma residência multiprofissional de dois anos em hospitais credenciados, como no Hospital São Lucas, escolhendo uma das três áreas de atuação: medicina nuclear, radiodiagnóstico e radioterapia.
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