Mais de 60 milhões de americanos vivem em comunidades rurais e, de acordo com os Centros de Controle e Prevenção de Doenças dos EUA, correm maior risco de morte por acidente vascular cerebral, doenças cardíacas, câncer, enfisema e outras doenças crônicas do trato respiratório inferior, em comparação com pessoas que vivem em áreas urbanas.
Avanços na medicina robótica oferecem esperança de oferecer os melhores tratamentos e cuidados oportunos para comunidades carentes. Nos Estados Unidos, profissionais médicos estão realizando um número crescente de procedimentos auxiliados por robôs cirúrgicos, e é possível que cirurgias realizadas remotamente possam se tornar mais difundidas no futuro.
Homa Alemzadeh, professora Ph.D. Engenharia Elétrica e de Computação, Universidade de Illinois, ECE, 2016, Esm p.in. Engenharia da Computação, Universidade de Teerã, ECE, 2008
B.S. Engenharia da Computação, Universidade de Teerã, 2005, ganhou um prestigioso prêmio CAREER da National Science Foundation para inovar sistemas ciber-físicos para cirurgia robótica. O programa CAREER, um dos prêmios mais prestigiados da NSF para professores em início de carreira, reconhece o potencial do destinatário para liderança em pesquisa e educação.
A pesquisa de Alemzadeh permitirá um melhor treinamento para cirurgia robótica, fornecendo feedback dentro do contexto específico de seu trabalho com os pacientes, com o objetivo de ampliar a disponibilidade e aumentar a segurança dos procedimentos robóticos.
“O prêmio NSF CAREER é fundamental para desenvolver e testar uma solução ciberfísica totalmente integrada para monitoramento de segurança em configurações de treinamento de simulação de realidade virtual e laboratório seco”, disse Alemzadeh. “Esperamos eventualmente ver nosso sistema fazer a transição para a prática real e fornecer garantia de segurança em procedimentos reais, como uma recompensa de longo prazo desta concessão.”
Sistemas ciberfísicos, controle e robótica são uma combinação força de pesquisa do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação Charles L. Brown da UVA e avançar na missão do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da UVA Laboratório de links, onde a Alemzadeh é filiada. Ela também tem um compromisso de cortesia na UVA Engineering’s Departamento de Ciência da Computação.
Robôs cirúrgicos podem tornar procedimentos gerais, urológicos e ginecológicos e certas cirurgias de câncer, cérebro e coração menos invasivas, reduzindo o trauma dos pacientes e acelerando sua recuperação. A Alemzadeh criará ferramentas de monitoramento de segurança programadas em unidades de cirurgia robótica, projetadas para apoiar a tomada de decisão de um cirurgião durante a operação de um paciente.
“Especialistas humanos são os tomadores de decisão finais”, disse Alemzadeh. “Buscamos transferir seu conhecimento e experiência para o modelo e mecanismos que estamos projetando, para que o sistema forneça feedback just-in-time e explicável em resposta a cada comando.”
Os sistemas ciberfísicos médicos envolvem hardware, software e peças mecânicas trabalhando em conjunto com vários humanos em salas de operação ou tratamento frequentemente ocupadas. A cirurgia robótica estende fisicamente as mãos e os olhos de um cirurgião. Os sistemas ciberfísicos para cirurgia robótica fornecem melhorias como visualizações 3D ampliadas e a capacidade de realizar pequenos movimentos com mais precisão e filtrar os tremores das mãos dos cirurgiões.
Alemzadeh usará seu prêmio CAREER de cinco anos de US$ 550.000 para desenvolver sistemas ciberfísicos que funcionem como assistente cognitivo do cirurgião, para detectar e recuperar em tempo real de eventos que possam prejudicar o paciente, independentemente da causa – ataques cibernéticos maliciosos, acidentes elétricos e mecânicos avarias ou erros de software ou erros humanos não intencionais.
Alemzadeh adicionará mecanismos de hardware e software para monitorar o que o cirurgião e o robô estão fazendo em tempo real e para antecipar e interromper ações potencialmente inseguras antes que se tornem um risco. Esses mecanismos combinam modelagem de fluxos de trabalho cirúrgicos, aprendizado de máquina, processamento de sinais e processos de decisão para prever as ações de recuperação mais eficazes para o cirurgião e o robô quando alertados sobre um dano potencial.
Um assistente cognitivo cirúrgico deve ser capaz de analisar e replicar de perto os fluxos de trabalho do cirurgião, incluindo modelos comportamentais e movimentos. O primeiro passo é modelar uma determinada tarefa, como sutura, em um procedimento cirúrgico, usando um conjunto de movimentos granulares padrão, chamados de movimentos primitivos em robótica. O próximo passo é reconhecer as primitivas de movimento dentro de procedimentos mais complexos e verificar sua execução para categorizá-las como seguras ou potencialmente inseguras.
Os membros do grupo de pesquisa de Alemzadeh colaboram de perto com o Dr. Noah Schenkman, John Kluge Professor de Urologia na UVA School of Medicine, que realiza cirurgias robóticas para o departamento de urologia da UVA Health, e o oncologista ginecológico Dr. Leigh Cantrell, professor associado da Divisão de Saúde da UVA Health. Diretor do programa de residência em Ginecologia e Oncologia e Obstetrícia e Ginecologia.
A UVA é uma das poucas universidades em que as melhores escolas de Engenharia e Medicina estão dentro de um raio de uma milha uma da outra. Essa proximidade acelera a criação de conhecimento na interseção da engenharia e da medicina e explica por que engenharia para a saúde é uma das principais áreas de pesquisa da Engenharia UVA.
Uma bolsa semente da Universidade da Virgínia Centro de Engenharia em Medicina apoiou o trabalho inicial de Alemzadeh para provar seu conceito em um simulador, permitindo que ela progredisse e enviasse resultados preliminares com sua proposta de subsídio da NSF, embora a pandemia do COVID-19 interrompesse temporariamente a pesquisa hospitalar.
Os princípios e técnicas são aplicáveis a outros tipos de robôs e dispositivos que aumentam a tomada de decisões humanas em situações complexas e estressantes, como triagem médica e resposta a desastres, disse Alemzadeh.
