Anders Ynnerman: Visualizando a explosão de dados médicos

Hoje, exames diagnósticos médicos produzem milhares de imagens e terabytes de dados para um único paciente em questão de segundos, mas como os médicos analisam essas informações e determinam o que é útil? No TEDxGöteborg, o especialista em visualização científica Anders Ynnerman nos mostra novas ferramentas sofisticadas – como autópsias visuais – para analisar esses incontáveis dados, e um pouco das tecnologias médicas em desenvolvimento que soam como ficção científica. Esta apresentação contém imagens médicas explícitas.

Vou começar propondo um pequeno desafio,

o desafio de lidar com dados,

dados que temos que lidar

em situações médicas.

É realmente um grande desafio para nós.

E este é o nosso fardo.

Esta é uma máquina de tomografia computadorizada -

uma máquina de TC.

É um aparelho fantástico.

Usa raios-X, feixes de raios-X,

que giram muito rapidamente ao redor do corpo humano.

Leva-se cerca de 30 segundos para passar por toda a máquina

e grandes quantidades de informação são geradas

nesta máquina.

Então essa é uma máquina fantástica

que podemos usar

para melhorar a assistência médica.

Mas como eu disse, também é um desafio para nós.

E o desafio é mostrado nesta foto aqui.

É a explosão de dados médicos

que temos agora.

Estamos encarando este problema.

E deixem-me voltar no tempo.

Vamos voltar alguns anos no tempo e ver o que aconteceu.

Essas máquinas que foram lançadas -

começaram a sair nos anos 70 -

escaneavam corpos humanos,

e geravam cerca de 100 imagens

do corpo humano.

E tomei a liberdade, só para esclarecer,

de traduzir isso em fatias de dados.

Eles corresponderiam a cerca de 50 MB de dados,

o que é pouco

quando pensamos nos dados que manipulamos hoje

somente em aparelhos móveis.

Se passarmos isso para lista telefônica,

teremos cerca de um metro de listas telefônicas empilhadas.

Olhando para o que fazemos hoje

com as máquinas que temos,

podemos, somente em alguns segundos,

ter 24 mil imagens do corpo.

E isso corresponderia a cerca de 20 GB de dados,

ou 800 listas telefônicas.

E a pilha teria 200 metros de listas telefônicas.

O que está por acontecer -

e estamos vendo isso, está começando -

uma tendência da tecnologia que está acontecendo agora

é que também começamos a observar situações de resultado de tempo.

Então também estamos recebendo a dinâmica do nosso corpo.

E imaginem

que vamos coletar informações durante cinco segundos,

e isso corresponderia a um terabyte de dados.

Isso são 800 mil livros

e 16 quilômetros de listas telefônicas.

Isso é um paciente, um conjunto de dados.

E é com isso que temos que lidar.

Esse é realmente um desafio enorme que temos.

E já hoje em dia – estas são 25 mil imagens.

Imaginem os dias

quando os radiologistas faziam isso.

Eles colocavam 25 mil imagens,

e eles diziam, "25 mil, OK, OK.

Ali está o problema.”

Eles não podem mais fazer isso; é impossível.

Então temos que fazer algo que seja um pouco mais inteligente do que isso.

O que fazemos é colocar essas fatias juntas.

Imaginem o seu corpo cortado em fatias em todas direções,

e então tentem colocar as fatias juntas de novo

numa pilha de dados, num bloco de dados.

Então é isso que estamos fazendo.

Então nós colocamos esses gigabyte ou terabyte de dados neste bloco.

Mas é claro, o bloco de dados

só contém a quantidade de raios-X

que foi absorvida em cada ponto do corpo humano.

Então o que precisamos fazer é descobrir uma maneira

de olhar ver as coisas que queremos ver

e fazer o que não queremos ver ficar transparente.

Transformar o conjunto de dados

em algo parecido com isso.

E isso é um desafio.

É um enorme desafio para nós.

Usar computadores, embora eles fiquem mais rápidos e melhores a cada dia,

é um desafio lidar–se com gigabytes de dados,

terabytes de dados

e extrair a informação relevante.

Eu quero observar o coração,

quero observar as veias, o fígado,

talvez até mesmo achar um tumor

em alguns casos.

E é aqui que essa gracinha entra no jogo.

Esta é minha filha.

Isso são 9 horas da manhã de hoje.

Ela está jogando no computador.

Ela só tem dois anos,

e ela está adorando.

Então ela é realmente a força

atrás do desenvolvimento de unidades de processamentos gráficos.

A medida que as crianças jogam jogos de computador,

os gráficos vão ficando cada vez melhores e melhores.

Então por favor vão para casa e mandem seus filhos jogarem mais,

porque é disso que eu preciso.

O que há dentro desta máquina

é o que me permite fazer o que eu estou fazendo

com dados médicos.

O que faço é usar esses pequenos aparelhos fantásticos.

E voltando cerca

de 10 anos no tempo

quando eu consegui o investimento

para comprar meu primeiro computador gráfico.

Era uma máquina enorme.

Havia armários com processadores e arquivamento e tudo mais.

Eu paguei cerca de 1 milhão de dólares pela máquina.

Essa máquina é, hoje, tão rápida quanto meu iPhone.

Todo mês temos novas versões de cartões gráficos.

Aqui estão alguns dos últimos lançamentos dos fornecedores –

NVIDIA, ATI, Intel também.

E por algumas centenas de dólares

vocês compram essas coisas e colocam no seu computador,

e podem fazer coisas fantásticas com esses cartões gráficos.

Então isso é o que realmente nos possibilita

lidar com a explosão de dados médicos,

juntamente com algum trabalho engenhoso

em termos de algoritmos –

comprimindo dados,

extraindo a informação relevante para os pesquisadores.

Vou mostrar alguns exemplos do que podemos fazer.

Este é um conjunto de dados captados por uma TC.

Podem ver que são dados completos.

É uma mulher. Podem ver o cabelo.

Vocês podem ver as estruturas individuais da mulher.

Podem ver que há resquícios de raios-X

nos dentes, nas obturações nos dentes.

É daí que os artefatos estão vindo.

Mas totalmente interativo

em cartões gráficos padrões em um computador normal,

eu posso simplesmente colocar um ‘clip plane’.

E é claro que todos os dados estão dentro,

então posso girar, posso olhar por ângulos diferentes,

e eu posso ver que essa mulher tinha um problema.

Ela teve uma hemorragia cerebral,

e foi resolvido com um pequeno stent,

um gancho de metal apertando o vaso.

E simplesmente mudando as funções,

eu posso decidir o que vai ser transparente

e o que vai ser visível.

Eu posso olhar para a estrutura do crânio,

e ver que foi ali que eles abriram o crânio nesta mulher,

e foi por ali que intervieram.

Então essas imagens são fantásticas.

Estão realmente em alta resolução,

e realmente mostram o que podemos fazer

com os cartões gráficos hoje em dia.

Nós realmente fizemos bom uso disso,

e tentamos comprimir um monte de dados

no sistema.

E um dos aplicativos em que estamos trabalhando -

e isso tem despertado um pouco de interesse no mundo inteiro –

é um aplicativo de autópsias virtuais.

Estamos considerando conjuntos de dados enormes,

e vocês viram aqueles scans de corpo inteiro que podemos fazer.

Nós colocamos o corpo dentro da máquina de TC,

e em alguns segundos vemos o conjunto de dados do corpo inteiro.

Isto é de uma autópsia virtual.

E podem ver como eu gradualmente "descasco".

Primeiro viram o plástico que envolvia o corpo,

então eu descasco a pele – podem ver os músculos –

e então vocês podem ver a estrutura óssea dessa mulher.

Neste ponto, eu também gostaria de enfatizar

que, com o maior respeito

pelas pessoas que vou mostrar agora –

vou mostrar alguns casos de autópsias virtuais –

então é com grande respeito pelas pessoas

que morreram sob circunstâncias violentas

que eu estou mostrando estas fotos para vocês.

No caso forense –

e isto é algo que...

houve aproximadamente 400 casos até agora

somente na parte da Suécia de onde venho

onde tem havido autópsias virtuais

nos últimos quatro anos.

Então esta será a típica situação de fluxo de trabalho.

A polícia irá decidir –

à noite, quando um caso estiver chegando –

eles vão decidir: Bom, será que este caso requer uma autópsia?

Então de manhã, entre 6 e 7 da manhã,

o corpo é transportado dentro da bolsa de plástico

para o nosso centro

e será escaneado em um escâner TC.

E o radiologista, junto com o patologista

e as vezes o cientista forense,

estudam os dados que saem do TC,

e fazem uma reunião.

E depois disso decidem o que fazer na autópsia física real.

Agora vamos observar alguns casos:

aqui está um dos nossos primeiros casos.

Realmente pode se ver os detalhes do conjunto de dados;

é de resolução muito alta.

E são nossos algoritmos que nos deixa

ampliar todos os detalhes.

E mais uma vez, é inteiramente interativo,

então pode-se girar para analisar tudo em tempo real

nesses sistemas aqui.

Sem precisar revelar muito sobre o caso,

este é um acidente de trânsito,

um motorista embriagado atropelou uma mulher.

E é muito fácil ver os danos causados na estrutura óssea.

E a causa da morte é o pescoço quebrado.

E essa mulher também ficou debaixo do carro,

então ela recebeu um grande impacto

com esta lesão.

Aqui está um outro caso, uma facada.

E isso nos mostra o que podemos fazer.

É muito fácil de se ver artefatos metálicos

dentro do corpo.

Vocês também podem ver alguns dos artefatos dos dentes –

isso é a obturação no dente –

porque eu configurei as funções para mostrar o metal

e para o resto ficar transparente.

Aqui está outro caso violento. Isto não matou a pessoa.

A vítima morreu com facadas no coração,

mas eles simplesmente enfiaram a faca

pelos globos oculares.

Aqui está um outro caso.

É muito interessante para nós

poder analisar casos como esfaqueamento.

Aqui vocês podem ver que a faca atravessou o coração.

É fácil de se ver como o ar vazava

de um lado para outro,

algo difícil de se fazer em uma autópsia normal, padrão.

Então isso realmente ajuda

na investigação de crimes

para estabelecer a causa da morte,

e em alguns casos também direcionar a investigação na direção certa

e apurar quem realmente é o assassino.

Aqui está um outro caso que acho interessante.

Aqui vocês vêem a bala

que está alojada bem perto da coluna nesta pessoa.

E o que fizemos foi transformar a bala em uma fonte de luz,

assim a bala brilha,

e fica muito fácil encontrar os fragmentos.

Durante uma autópsia convencional,

se tivermos que encontrar todos esses fragmentos dentro do corpo,

isso é difícil fazer.

Uma coisa que fico muito, muito contente

é poder mostrar hoje a vocês

a nossa mesa para autópsia virtual.

É um dispositivo tátil que desenvolvemos

com base nestes algoritmos, usando GPU para padrões gráficos.

Ele se parece assim,

só para dar uma ideia de como ele se parece.

Realmente ele funciona como um iPhone gigante.

Então nós implementamos

todos os gestos que vocês podem fazer na mesa,

e podem ver isto como um interface tátil gigante.

Se estiverem pensando em comprar um iPad,

esqueçam. É isto que vocês querem.

Steve, espero que esteja me ouvindo, tudo bem.

É um pequeno dispositivo muito simpático.

Então se tiverem a oportunidade, por favor testem.

Isso é uma experiência prática.

Isso ganhou um pouco de atração e tentamos disseminar

e usar para fins educacionais,

mas também, talvez no futuro,

em um contexto mais clínico.

Há um vídeo no YouTube que podem baixar,

se quiserem passar a informação para outras pessoas

sobre autópsias virtuais.

OK, já que falamos sobre tato,

vamos falar sobre dados realmente tocantes.

E isso ainda é um pouco de ficção científica,

estamos indo para o futuro.

Na realidade não é o que os médicos estão usando agora,

Mas espero que usem no futuro.

O que vocês estão vendo na esquerda é um dispositivo tátil.

É uma pequena caneta mecânica

com motores de passo muito velozes dentro dela.

Então eu posso gerar um ‘force feedback’.

Quando eu virtualmente toco nos dados,

eles geram forças táticas na caneta, assim ganho um feedback.

Então neste caso em particular,

É um scan de uma pessoa viva.

Tenho esta caneta e analiso os dados,

e movo a caneta em direção à cabeça,

e de repente eu sinto uma resistência.

Eu posso sentir a pele.

Se eu pressionar um pouco mais, vou através da pele

e posso sentir o interior da estrutura óssea.

Se pressiono mais ainda, vou através da estrutura óssea,

especialmente perto do ouvido onde o osso é esponjoso.

E então posso sentir o interior do cérebro, que parece lamacento assim.

Isto é realmente legal.

E indo mais adiante, este é o coração.

E isto é devido a esses escâners fantásticos,

que em apenas 0.3 segundos,

posso escanear o coração todo,

e posso fazer isso com a resolução tempo.

Assim que simplesmente quando eu olho para o coração,

eu posso reproduzir o vídeo.

Este é Karljohan, um dos meus estudantes de pós graduação

que trabalha nesse projeto.

Ele está sentado em frente a um aparelho háptico, o sistema ‘force feedback’,

e está movendo a caneta em direção ao coração,

e o coração agora está batendo na frente dele,

e ele pode ver como o coração está batendo.

Ele pegou a caneta e a move em direção ao coração,

e a coloca sobre o coração,

e sente as batidas do coração do paciente que está vivo.

E aí ele pode examinar como o coração bate.

Ele pode ir dentro, pressionar o coração,

e sentir como as válvulas estão se movendo.

E isso, penso, é o futuro para os cirurgiões cardíacos.

Digo que isto é provavelmente uma fantasia que os cardiologistas têm

de poder entrar no coração do paciente

antes da própria cirurgia,

com dados de resolução de alta qualidade.

Então isso é realmente genial.

Agora nós vamos nos aprofundar mais ainda em ficção científica.

Já ouvimos falar sobre a ressonância magnética funcional.

Agora, este projeto é muito interessante.

Campos magnéticos e frequências de rádio estão sendo usados

em Ressonância Magnética

para escanear o cérebro, ou qualquer parte do corpo.

Então, o que estamos conseguindo

é obter informação sobre a estrutura do cérebro,

e também podemos medir a diferença

nas propriedades magnéticas do sangue oxigenado

e sangue com baixo teor de oxigênio.

Isto significa que é possível se

mapear a atividade do cérebro.

Isto é algo que estamos desenvolvendo.

E vocês viram Motts, o engenheiro de pesquisa

indo dentro do sistema de ressonância magnética

e usava óculos de proteção.

Assim podia realmente ver tudo.

Então eu falava sobre o seu estado enquanto ele estava no escâner.

E isso é meio estranho,

porque o que Motts vê é isto.

Ele está vendo seu próprio cérebro.

Então Motts está ativo aqui.

E provavelmente ele irá assim com sua mão direita,

porque o lado esquerdo está ativado

no córtex motor.

E então ele pode ver isso ao mesmo tempo.

Estas visualizações são inéditas.

E isto é algo que temos pesquisado faz algum tempo.

Esta é outra sequência do cérebro do Mott.

Aqui nós pedimos ao Motts para contar de 100 de trás para frente.

Ele conta "100, 97, 94."

Ele está indo para trás.

Vocês podem ver o pequeno processador matemático funcionando aqui em cima do cérebro.

e está iluminando o cérebro inteiro.

Isto é fantástico. Podemos fazer isso em tempo real.

Podemos investigar. Podemos pedir para ele fazer coisas.

Podem ver também que o córtex visual

está ativado na parte posterior da cabeça,

porque é aqui onde ele está vendo o seu próprio cérebro.

E ele também pode ouvir nossas instruções

quando pedimos a ele para fazer algo.

O sinal também está bem no fundo do cérebro,

mas irradia,

porque todos os dados estão dentro desse volume.

E em um segundo vão ver –

OK, aqui. Motts, agora mova o seu pé esquerdo.

Então ele faz assim.

Durante 20 segundos ele faz assim,

e de repente ele acende aqui.

Então temos o córtex motor ativado ali.

Isso é realmente muito legal.

Acho isto uma grande ferramenta.

E também conectando com a última palestra,

isso é algo que podemos usar como uma ferramenta

para realmente entendermos

como os neurônios e o cérebro estão funcionando,

e podemos fazer isso com qualidade visual muito alta

e resolução muito rápida.

Agora também nos divertimos no centro.

Este é um TC escâner – tomografia computadorizada

Esta é um leoa do zoológico daqui

perto de Norrkoping em Kolmarden, Elsa.

Ela veio para o centro,

e eles a sedaram

e a colocaram dentro do escâner.

E é claro, eu coleto todo o seu conjunto de dados.

E posso fazer imagens bacanas assim.

Eu posso levantar uma camada da leoa.

e olhar dentro dela.

E estamos fazendo experiências com isso.

E penso que isso é um grande aplicativo

para o futuro desta tecnologia.

Porque pouco se sabe sobre a anatomia do animal

O conhecimento que os veterinários têm é informação básica

Podemos escanear todos os tipos de coisas,

todos os tipos de animais.

O único problema é o animal caber dentro da máquina.

Aqui está um urso.

Foi meio difícil fazê-lo entrar.

E o urso é um animal fofo e amigo.

Aqui está o focinho do urso.

Talvez queiram dar-lhe um abraço,

até mudarem as funções e ele ficar assim.

Tenham cuidado com o urso.

Então com isso,

eu quero agradecer a todos

que me ajudaram a criar essas imagens.

Fazer isso requer um grande esforço,

coletar dados e desenvolver os algoritmos,

programando o software.

Muita gente com talento.

O meu lema é: eu só recruto pessoas mais inteligentes do que eu

e a maioria deles são mais espertos do que eu.

Muito obrigado.

(Aplausos)