Simulador cardíaco customízável aos dados biomédicos de pacientes

Abstract

O desenvolvimento de simuladores personalizados ao paciente, por meio da reconstrução do coração humano utilizando tomografia computadorizada (TC) e ressonância magnética, ganhou destaque nos últimos anos para emular movimentos das paredes cardíacas atriais e ventriculares. Nesse contexto, o objetivo do presente trabalho foi desenvolver um simulador cardíaco customizável ao paciente e baseado em dados de exames biomédicos não invasivos. A customização ao paciente se refere à possibilidade de utilizar: 1) modelo virtual do coração (malha de pontos) geradas a partir de imagens cardiográficas do próprio paciente, ou modelos virtuais comerciais e, 2) dados temporais do ECG do paciente e o deslocamento das paredes internas e externas das câmaras cardíacas pelo ecocardiograma (ECO) para se obter, respectivamente, a frequência cardíaca (normal ou arritmias) e o deslocamento máximo e mínimo das paredes cardíacas. A simulação do batimento tem, como parâmetros, dados do ECG e do ECO aplicáveis ao modelo do coração via equação dinâmica. As telas utilizadas pelo usuário do simulador são construídas no ambiente de um componente - chamado Widget - dentro da plataforma Unreal Engine 4 (game engine) utilizando o Blueprint visual scripting. Os meios de interação do usuário com a malha do coração virtual são feitos utilizando botões, sliders e caixas de texto. Para validar o resultado final do simulador, os valores temporais e do movimento das paredes emulados foram comparados com os valores reais medidos do ECG e ECO. Os resultados mostraram que o simulador desenvolvido no presente trabalho provê uma interface em que o usuário pode inspecionar anatomicamente um modelo tridimensional do coração – podendo ser ele comercial ou escaneado de paciente – e comandar a simulação do seu batimento de diferentes formas. Concluímos que o simulador, no seu estágio atual, cumpre sua função no que diz respeito a representar convenientemente recursos computacionais para inspeção e estudos da anatomia do coração e da fisiologia do batimento cardíaco. Essas características puderam ser alcançadas devido ao uso de equação dinâmica, que permitiu a criação de uma animação realista do movimento das câmaras cardíacas. Concluímos ainda que o simulador permite que diferentes modelos do coração possam ser rapidamente implementados para simulação, viabilizando que corações escaneados de pacientes sejam utilizáveis para análises médicas pré-cirúrgicas customizadas.