Exames de retina com smartphones: projeto de ex-aluno do ICMC vence competição

Protótipo de retinógrafo portátil ficou em primeiro lugar no Falling Walls Lab São Paulo e foi desenvolvido por três egressos da USP, em São Carlos

Protótipo do retinógrafo portátil: projeto será apresentado em Berlim em novembro

Um aparelho que permite a realização de exames oculares de maneira prática, barata e com o uso de smartphones. Esse é o projeto desenvolvido por três ex-alunos da USP, em São Carlos, que venceu o Falling Walls Lab São Paulo, etapa classificatória da competição global que incentiva a criação de soluções de alto impacto na sociedade. José Augusto Stuchi, um dos autores do projeto, irá representar o Brasil na final da competição, que será realizada em novembro, na Alemanha. Ele é graduado em Engenharia de Computação, curso oferecido em conjunto pelo Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) e pela Escola de Engenharia de São Carlos (EESC).

O equipamento desenvolvido é o SRC - Smart Retinal Camera, versão portátil do retinógrafo, que é utilizado em exames de retinografia para observar e registrar fotos da retina. “Nós redesenhamos todo o projeto óptico e eletrônico e transformamos o retinógrafo em uma miniatura, podendo, assim, ser acoplado a um smartphone”, explica José Augusto. Ele conta que, apesar do sistema óptico ser reduzido, as imagens obtidas pelo aparelho têm qualidade tão boa quanto a dos aparelhos tradicionais, sem contar que o custo para sua produção é bem menor. O SRC é o primeiro protótipo de retinógrafo portátil do Brasil a utilizar smartphones para a realização de exames.

No país, mais de 6 milhões de pessoas têm algum tipo de deficiência visual, porém, 85% dos municípios brasileiros não possuem oftalmologistas. A portabilidade e o baixo custo do SRC podem facilitar a expansão de exames e atender aqueles que não podem se deslocar aos consultórios. “Imagine que a pessoa está acamada e não consegue ir até a clínica fazer o exame. Um operador, que não precisa ser médico, pode ir até a casa do paciente e realizar todos os procedimentos. Posteriormente, essas imagens ficariam disponíveis em um site para acesso dos médicos, que dariam o diagnóstico à distância”, diz José Augusto, que hoje faz doutorado em Engenharia de Computação na UNICAMP.

A facilidade para transportar o aparelho também pode possibilitar seu uso em campanhas para a realização de exames em lugares distantes e que não possuem retinógrafos. O tamanho reduzido facilita, ainda, a utilização em crianças. Elas costumam ter dificuldade em se posicionar corretamente com a testa, queixo e cabeça em frente ao aparelho convencional. “Diagnosticar desde cedo uma doença possibilita que você previna e trate o paciente para que ele não fique cego. Por ano, 500 mil crianças perdem a visão no mundo e 80% de todos os casos de cegueira do planeta são evitáveis”, afirma o pesquisador.

Segundo José Augusto, fomentar a maior distribuição de retinógrafos pelo Brasil contribuiria não somente para a realização de mais exames, mas também para estudos específicos sobre as doenças e a melhor forma de combatê-las. “Após classificarmos os tipos de patologias, poderíamos fazer um mapeamento que mostrasse qual a incidência de cada uma, assim como os locais mais afetados no país. Com isso, o governo poderia atuar de forma direta nos estados ou regiões mais comprometidas”.

No diagrama, está o modelo de prova de conceito que levou à criação do protótipo

Como tudo começou – A ideia do projeto nasceu há cerca de dois anos. José Augusto, juntamente com o engenheiro eletricista Flavio Vieira e o físico Diego Lencione, ambos formados pela USP, em São Carlos, sempre se interessaram pela área da saúde, tanto que os três desenvolveram suas pesquisas de mestrado aplicadas à retinografia. Além da paixão por esse campo, o trio possui outra motivação: “O irmão do Diego tem um problema no olho desde criança, o que nos incentiva muito nessa missão”, relata José Augusto.

O envolvimento no projeto levou os três idealizadores a fundar, em março deste ano, a startup Phelcom, empresa focada em criar produtos inovadores, combinando soluções na área de óptica, eletrônica e computação. O desenvolvimento do retinógrafo portátil é financiado pelo Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE) da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). A expectativa dos pesquisadores é de que o protótipo, que ainda não foi testado em humanos, seja comercializado já no primeiro semestre de 2018.

Falling Walls Lab – No dia 19 de setembro, os ex-alunos da USP tiveram a oportunidade de mostrar o potencial do projeto durante a final do Falling Walls Lab São Paulo. No total, 94 projetos foram inscritos e apenas 14 selecionados para participar da final. O evento premiou as três melhores ideias com capacidade de impacto na sociedade e os participantes tiveram apenas três minutos para apresentá-las em inglês para um júri composto por membros da academia, instituições de pesquisa e gestores de grandes empresas. “Foi uma surpresa! Expectativa a gente sempre cria, mas havia projetos muito bons e a chance de ganhar era muito pequena”, conta José Augusto, que foi o responsável pela apresentação ocorrida em São Paulo, no auditório do Instituto de Física da USP.

A etapa brasileira foi classificatória para a final da competição, que ocorrerá entre os dias 8 e 9 de novembro, em Berlim, quando outros 99 vencedores de diversos países irão mostrar suas ideias. “Depois da nossa apresentação, duas pessoas já vieram falar com a gente sobre a possibilidade de uso do nosso retinógrafo para detecção e tratamento de suas patologias. Isso vale mais que o prêmio: conversar com quem tem o problema e poder ajudá-los será nossa maior recompensa”, finaliza José Augusto.

José Stuchi (à esquerda) e Diogo Biagi são os autores das duas ideias vencedoras da competição e representarão o Brasil na final internacional em Berlim. Em terceiro lugar, foi premiada a ideia de Giselle Coelho

Texto: Henrique Fontes – Assessoria de Comunicação do ICMC/USP
Fotos: as duas primeiras imagens foram fornecidas pela Phelcom; a última é de Carol Santa Rosa, do Centro Alemão de Ciência e Inovação - São Paulo  

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Identificação da síndrome do olho seco poderá ser mais fácil e barata com o uso de técnicas computacionais

Em parceria com empresa, pesquisador do ICMC desenvolverá projeto na área de processamento de imagens e vídeos: objetivo é criar protótipo de baixo custo para simplificar o diagnóstico da doença

Trojahn explica que há vários desafios computacionais a serem enfrentados

Sensação de areia nos olhos, incômodo, irritabilidade, ardor, vermelhidão, dificuldade para permanecer em frente ao computador, em ambientes com ar condicionado e para realizar tarefas rotineiras como leitura prolongada. Se você está sentindo esses sintomas, é possível que seja mais um dos cerca de 18 milhões de brasileiros que sofrem com a síndrome do olho seco, a segunda maior causa de atendimento nos consultórios de acordo com o oftlmologista e presidente do Hospital Israelita Albert Einstein, Claudio Lottenberg. Tornar o diagnóstico dessa doença mais fácil e barato é o desafio que está mobilizando um pesquisador do Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos.

“A ideia do projeto é desenvolver um método não invasivo. Vamos construir um protótipo: serão óculos com microcâmeras acopladas e diodos emissores de luz (LEDs). Por meio da análise das imagens captadas e de outros recursos, poderemos identificar se a pessoa possui a síndrome”, explica Tiago Trojahn, doutorando do ICMC e professor do Instituto Federal de São Paulo (IFSP), campus São Carlos. A proposta parece muito simples, no entanto, computacionalmente, há vários obstáculos a serem enfrentados para que seja possível disponibilizar o produto no mercado.

O potencial da iniciativa foi reconhecido pela Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP): o projeto está entre os 46 selecionados no 3º ciclo do Programa Pesquisa Inovativa em Pequenas Empresas (PIPE). Nos próximos nove meses, Trojahn trabalhará com os pesquisadores da empresa de tecnologia e equipamentos médicos WaveTek, sediada em São Carlos, para comprovar a viabilidade técnico-científica do projeto e terá à disposição até 120 mil reais (fase 1 do PIPE). Para isso, contará com o apoio de mais quatro profissionais com bolsas FAPESP: dois destinados a solucionar os desafios computacionais e dois voltados para o desenvolvimento do protótipo em si (aspectos ópticos, mecânicos e eletrônicos). Se a pesquisa for bem-sucedida nessa primeira etapa, os pesquisadores podem solicitar mais recursos para o Programa em busca de consolidar a proposta (fase 2). A FAPESP poderá, ainda, em uma etapa posterior (fase 3), apoiar o desenvolvimento comercial e industrial do produto.

De olho no olho – São as lágrimas que lubrificam a superfície dos nossos olhos, tornando-a homogênea e criando o que os especialistas chamam de filme lacrimal. A síndrome do olho seco surge quando há uma diminuição da produção das lágrimas ou uma deficiência em alguns de seus componentes. Entre os métodos mais comuns utilizados atualmente para diagnosticar a doença estão dois testes. Um deles consiste na colocação de uma tira de papel de filtro no olho do paciente (teste de Schirmer) e, após cinco minutos, mede-se a quantidade de umidade da tira. O outro método (teste de Rosa Bengala) é feito por meio da colocação de um colírio com propriedades corantes e da análise da resposta do olho: se houver pontos secos, eles irão absorver diferentemente o corante, delimitando a área afetada. 

Tornar esse diagnóstico muito mais rápido e confortável para os pacientes, além de barateá-lo, é a principal meta do estudo coordenado por Trojahn. O protótipo possuirá LEDs acoplados, que serão as fontes emissoras de luzes para os olhos, bem como microcâmeras para registrar tudo o que acontece com os pacientes. Um programa de computador será criado para analisar automaticamente os vídeos que serão gerados, pois será preciso avaliar todos os momentos em que houve uma perturbação no fluxo da luz, seja porque ocorreu uma ruptura no filme lacrimal ou porque a pessoa piscou. 

“Primeiro, é necessário selecionar as imagens significativas que devem ser analisadas. Quando gravamos o que está acontecendo no olho da pessoa, captamos também a imagem da pálpebra, dos cílios, além das perturbações que ocorrem quando a pessoa se mexe. Será preciso excluir todas essas informações das imagens”, explica Trojahn. Selecionar apenas o que é relevante é fundamental nesse trabalho, pois um vídeo contém uma imensa quantidade de dados (big data) e quanto mais informações temos, mais tempo levamos para avaliá-las. 

Outro aspecto que facilita o trabalho de análise é dividir as imagens em diferentes partes (segmentação). “Se a pessoa piscar o olho, podemos separar as imagens entre o que aconteceu antes e depois, por exemplo. Assim, consigo verificar quanto tempo se passou desde a última vez que ela piscou”, conta o doutorando. Segundo ele, o protótipo também permitirá identificar onde está acontecendo a ruptura do filme lacrimal, o que torna mais fácil averiguar se há alterações em uma das glândulas lacrimais.

Para Trojahn, os conhecimentos adquiridos no ICMC estão sendo essenciais para o desenvolvimento do projeto: “Fiz uma disciplina sobre processamento digital de imagens que será de grande utilidade no projeto. Embora meus objetivos no doutorado sejam diferentes, o objeto que analiso é o mesmo: vídeos”.

Como o projeto nasceu – A ideia surgiu quando o fundador da empresa Wavetek, Luis Alberto de Carvalho, desenvolvia seu pós-doutorado nos Estados Unidos, na University of Rochester New York, durante os anos de 2005 e 2006. “Havia um professor no laboratório em que eu atuava que estava tentando simplificar o diagnóstico da síndrome do olho seco. Ele possuía um equipamento enorme e muito caro, que era inviável comercialmente e, por isso, nunca se tornou um produto disponível no mercado”, conta Carvalho. Quando esse professor notou que o pós-doutorando brasileiro às vezes ficava com os olhos vermelhos, convido-o a ser um dos voluntários em sua pesquisa. Resultado: Carvalho descobriu que tinha a síndrome do olho seco, mas em um grau leve. 

“Desde aquele tempo, a tecnologia evoluiu muito e, no ano passado, resolvi buscar parceiros na área de processamento de imagens para tentar desenvolver um produto voltado ao diagnóstico da síndrome”, afirma Carvalho, que é pesquisador colaborador do Centro de Pesquisas em Óptica e Fotônica (CEPOF), sediado no Instituto de Física de São Carlos (IFSC), e também professor de pós-graduação na Escola Paulista de Medicina/Universidade Federal de São Paulo. Ele chegou a Trojahn por indicação de uma de suas estagiárias,  Miriam Numajiri, que é aluna da Universidade Federal de São Carlos e colaboradora do projeto.

Possíveis aplicações – Ver o equipamento que ajudará a criar disponível nos consultórios de oftalmologistas e em farmácias é o que motiva Carvalho e Trojahn. Mas o doutorando do ICMC adianta que, se as técnicas computacionais que está pesquisando forem eficientes na detecção da síndrome do olho seco, poderão ser aplicadas para outras finalidades: “Se der certo, começa a se tornar possível identificarmos outras enfermidades como deformações no globo ocular, pressão no olho e poderemos até evitar derrames oculares, um problema bem mais sério que causa cegueira”.

Outra possível utilidade da pesquisa é a realização de diagnósticos em massa. Isso é necessário, por exemplo, em casos de desastres químicos, tal como o vazamento de gás que aconteceu no Porto de Santos no último dia 14 de janeiro e liberou uma nuvem tóxica sobre a região atingida. “Caso muitas pessoas apresentem sintomas de irritação nos olhos, poderemos usar nosso equipamento para identificar o problema rapidamente”, afirma Trojahn. 

No futuro, o doutorando acredita que também vai se beneficiar de seu próprio estudo: “Como fico muito tempo no computador e esse é um dos fatores ambientais de risco para o desenvolvimento da síndrome do olho seco, tenho quase certeza de que sou um forte candidato a adquirir a doença”. Sair do consultório do oftalmologista com o diagnóstico, sem precisar colocar uma fita no olho ou pingar um colírio, será a grande vitória de Trojahn.

Texto: Denise Casatti - Assessoria de Comunicação ICMC/USP

Créditos das imagens: Reinaldo Mizutani (foto de Trojahn) e National Eye Institute

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