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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO NA SAÚDE MESTRADO PROFISSIONAL EM ENSINO NA SAÚDE (MPES)
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DIGITAL PARA AUXÍLIO NA EDUCAÇÃO DE PROFISSIONAIS DA SAÚDE SOBRE A DETERMINAÇÃO
DE MORTE ENCEFÁLICA
CARLOS EDUARDO ROCHA CORREIA
NATAL/RN 2018
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CARLOS EDUARDO ROCHA CORREIA
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DIGITAL PARA AUXÍLIO NA EDUCAÇÃO DE PROFISSIONAIS DA SAÚDE SOBRE A DETERMINAÇÃO
DE MORTE ENCEFÁLICA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Ensino na Saúde, curso de Mestrado Profissional em Ensino na Saúde (MPES), da Universidade Federal do Rio Grande do Norte como requisito para obtenção do título de Mestre em Ensino na Saúde.
Orientador: Prof. Dr. Clécio de Oliveira Godeiro Junior
NATAL/RN 2018
Correia, Carlos Eduardo Rocha.
Desenvolvimento de uma ferramenta digital para auxílio na educação de profissionais da saúde sobre a determinação de morte encefálica / Carlos Eduardo Rocha Correia. - 2019.
39f.: il.
Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Centro de Ciências da Saúde, Programa de Pós-Graduação em Ensino na Saúde. Natal, RN, 2019.
Orientador: Clécio de Oliveira Godeiro Junior.
1. Educação médica - Dissertação. 2. Ensino - Dissertação. 3. Morte encefálica - Dissertação. 4. Software - Dissertação. 5. Aplicativos móveis - Dissertação. I. Godeiro Junior, Clécio de Oliveira. II. Título.
RN/UF/BSCCS CDU 61:37
Universidade Federal do Rio Grande do Norte - UFRN Sistema de Bibliotecas - SISBI
Catalogação de Publicação na Fonte. UFRN - Biblioteca Setorial do Centro Ciências da Saúde - CCS
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MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO
UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS DA SAÚDE
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENSINO NA SAÚDE
Coordenadora do Programa de Pós-Graduação em Ensino na Saúde. Curso de Mestrado Profissional em Ensino na Saúde: Prof.a Dra.: Marise Reis de Freitas
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CARLOS EDUARDO ROCHA CORREIA
DESENVOLVIMENTO DE UMA FERRAMENTA DIGITAL PARA AUXÍLIO NA EDUCAÇÃO DE PROFISSIONAIS DA SAÚDE SOBRE A DETERMINAÇÃO
DE MORTE ENCEFÁLICA
Aprovado em: 22/12/2018
BANCA EXAMINADORA:
____________________________________________ Prof. PEDRO BRAGA NETO
Examinador Externo à Instituição Universidade Federal do Ceará
____________________________________________ Prof. PAULO JOSE DE MEDEIROS
Examinador Interno
____________________________________________ Prof. ROSIANE VIANA ZUZA DINIZ
Examinadora Interna
____________________________________________ Prof. CLECIO DE OLIVEIRA GODEIRO JUNIOR!
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AGRADECIMENTOS
À minha esposa Lucianna, pelo carinho e apoio que tornou possível esta realização.
Aos meus filhos, Maria Luísa e Pedro, meus maiores tesouros.
Aos meus Pais, Herith e Tânia, pelo suporte incondicional de sempre. Ao Prof. Dr. Clécio de Oliveira Godeiro Júnior, orientador e amigo de longa data, pela sabedoria e paciência.
A Andrew Price, o Blender Guru, que mesmo sem saber quem sou, me ajudou a desvendar o mundo da computação gráfica, através de seus vídeos e artigos tutoriais disponibilizado gratuitamente na internet.
Aos Professores do Programa de Pós-Graduação em Ensino na Saúde, por me apresentarem um vasto universo de possibilidades na prática docente. Em especial ao Prof. Dr. José Diniz Júnior, a Prof.a Rosiane Viana Zuza Diniz e
ao Prof. Dr. Paulo José de Medeiros, pela gentil disponibilidade em avaliar o trabalho.
Ao Prof. Dr. Pedro Braga Neto, da Universidade Federal do Ceará, por aceitar gentilmente o convite para compor a Banca Examinadora do trabalho.
Aos colegas Professores da Disciplina de Doenças do Sistema Nervoso, por substituírem nos momentos que precisei me ausentar, sem prejuízo à formação dos alunos. Agradecimento adicional ao Prof. Dr. Mário Emílio Dourado Júnior, por contribuir com suas opiniões ao projeto.
Ao meu cunhado, Sérgio Ricardo da Motta Pires, pelo valioso auxílio na tradução do texto para o Inglês.
Aos amigos que fiz durante o Mestrado, que tornaram as horas de aula ainda mais prazerosas.
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RESUMO
Com o avanço tecnológico da Medicina, pacientes passaram a ser mantidos através de ventilação mecânica e drogas vasoativas apesar da lesão completa e irreversível do encéfalo. O diagnóstico preciso da Morte Encefálica (ME) reduz custos, abrevia o sofrimento da família, aumenta a disponibilidade de leitos em terapia intensiva e a oferta de órgãos para transplante. Diretrizes foram criadas para uniformizar os parâmetros diagnósticos, mas o conhecimento dos estudante de medicina e profissionais médicos tem se mostrado insuficiente. Com objetivo de fornecer uma ferramenta de ensino pra auxiliar na capacitação de profissionais da saúde, foi desenvolvido um aplicativo para computadores e dispositivos móveis com as orientações necessárias para determinação de ME, utilizando imagens, vídeos e conteúdo interativo. Foram utilizados software para criação e animação de modelos 3D (MakeHuman e Blender) e uma plataforma de criação de jogos digitais (Unity). Versões para os diversos sistemas operacionais (iOS, Android, macOS, Windows e Linux) serão disponibilizadas em repositórios na internet e lojas de aplicativos móveis.
Palavras chaves: educação médica, ensino, morte encefálica, software,
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ABSTRACT
With the technological advancement of Medicine, patients began to be maintained through mechanical ventilation and vasoactive drugs despite the complete and irreversible brain injury. Accurate diagnosis of brain death (BD) reduces costs, shortens the family's suffering, and increases the availability of intensive care beds and organs for transplantation. Guidelines were created to standardize diagnostic parameters, but the knowledge of medical students and medical professionals has been proved insufficient. To provide a teaching tool to assist health professionals’ training, an application for computers and mobile devices with the necessary guidance for BD determination using images, videos and interactive content was developed. Software to create and animate 3D models (MakeHuman and Blender) and a game development platform (Unity) were used. Versions for all the major operating systems (iOS, Android, macOS, Windows and Linux) will be made available in online repositories and mobile application stores.
Keywords: medical education, teaching, brain death, software, mobile
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GLOSSÁRIO
Armature Elemento utilizado na manipulação (rigging) de modelos tridimensionais, formado por um ou mais bones hierarquicamente conectados entre si, representando uma espécie de esqueleto.
Assets Conjunto de arquivos, de vários formatos (figuras, vídeos, sons, objetos 3D, scripts, etc), utilizados para a criação de aplicativos ou jogos digitais na plataforma Unity.
Bone Elementos individuais constituintes da Armature, equivalente a cada “osso” de um “esqueleto”. Exerce influência sobre determinado grupo de vértices do modelo manipulado.
E-learning Ou eletronic learning, é o uso da internet ou tecnologia da informação nas atividades educacionais(1).
Frame Cada item de uma conjunto de imagens, exibidas em sequência.
Gamificação Utilização de elementos de design de jogos em outros contextos(2), como no processo de ensino-aprendizagem.
Renderização Método pelo qual é criada uma imagem a partir de modelos bi ou tridimensionais, por processamento computacional, com o objetivo de obter resultado fotorrealístico.
Rigging Técnica utilizada em animação por computador, no qual é um conjunto de vértices do modelo tridimensional é conectado a um elemento de representação mais simples (um bone), que ao ser manipulado, transfere as modificações de posição e escala ao modelo.
Scenes Cada ”cena” ou tela individual de um jogo ou aplicativo criado no Unity, que podem ser alternadas conforme interação do usuário.
Scripts Arquivos de texto contendo conjunto de instruções, escritos em linguagem de programação, para execução de determinada tarefa dentro de um aplicativo.
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Shape Keys Versões alternativas de um mesmo modelo, obtidas pela pela mudança da posição de determinados vértices em comparação a estrutura inicial.
Textura Imagem aplicada à superfície de modelos, conferindo a esta aspectos de variações de cor, brilho, sombreamento ou irregularidades.
Timeline Conjunto de frames, organizados e numerados de forma sequencial, em determinada escala temporal, para criação de animações ou vídeos.
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SUMÁRIO
1. INTRODUÇÃO ... 12
2. OBJETIVOS ... 18
3. MÉTODOS ... 18
3.1. Criação de cenário virtual ... 18
3.2. Criação de animações utilizando modelos 3D ... 21
3.3. Criação e edição de vídeos ... 25
3.4. Edição de imagens ... 25
3.5. Utilização de plataforma de criação de jogos digitais ... 26
4. RESULTADOS ... 30
5. APLICAÇÕES PRÁTICAS NA FORMAÇÃO DOS PROFISSIONAIS DA SAÚDE ... 32 6. REFERÊNCIAS ... 7. ANEXOS ...
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1. INTRODUÇÃO
O avanço tecnológico na campo da Medicina Intensiva, com suporte ventilatório artificial e uso de drogas vasoativas, contribuiu para a manutenção da atividade hemodinâmica e respiratória em pacientes com lesão grave e irreversível do sistema nervoso central (SNC). Reconhecer e diagnosticar esta situação é muito importante, pois tal obstinação terapêutica resulta em aumento dos custos hospitalares, contribuindo com o déficit de leitos de terapia Intensiva, além de prolongar o sofrimento de familiares(3).
Outro aspecto importante é que tais pacientes com lesão neurológica definitiva representam potenciais doadores de órgão e tecidos para transplante. Segundo dados mais recentes da Associação Brasileira de Transplante de Órgãos, em junho de 2018, um total de 32.716 pacientes aguardavam na fila por um órgão pra transplante no Brasil(4).
O primeiro transplante cardíaco foi realizado por Christiaan Barnard em 2 de dezembro de 1967, na Cidade do Cabo, na África do Sul(5). Em 26 de maio de 1968, no Hospital das Clínicas da Universidade de São Paulo, o Prof. Zerbini realizou o primeiro transplante cardíaco no Brasil e na América Latina e o 17o no
mundo(6). Foi justamente com o advento do transplante na década de 60 que se fez necessário redefinir o conceito de morte, evitando controvérsias na obtenção de órgãos(3).
Mollaret e Goulon, em sua publicação 1959, foram os primeiros a conceituar coma irreversível (“Le coma dépassé”)(7). Em 1968, um comitê criado na Harvard Medical School estabeleceu critérios pra determinação de coma irreversível, com a definição de Morte Encefálica (ME). Três condições deviam estar presentes pra o diagnóstico: coma com ausência de receptividade e de responsividade aos estímulos; ausência de movimentos espontâneos ou em resposta a estímulos, bem como ausência de movimentos respiratórios fora da ventilação mecânica por período de três minutos; e abolição de todos os reflexos, mesmo os tendinosos profundos. Quando disponível, o eletroencefalograma deveria apresentar padrão isoelétrico. Os testes deveriam ser repetidos com intervalo de 24 horas, devendo-se excluir hipotermia e uso de drogas depressoras do SNC(3). Em 1981, a President’s Commission for the Study of Ethical Problems in Medicine and Biomedical and Behavioral Research publicou as diretrizes americanas para determinação de ME, revisando os critérios de Harvard(8). O teste da apneia foi normatizado com período
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de ventilação com oxigênio puro por 10 minutos, seguidos da observação de movimentos respiratórios fora da ventilação mecânica por um período de 10 minutos sob fornecimento passivo de oxigênio. Também passaram a ser admitidos movimentos por reflexos medulares no diagnóstico, com intervalo mínimo de observação padronizado de 12 horas caso não fosse utilizado exame complementar. A American Academy of Neurology publicou em 1995 revisão dos critérios, com maior detalhamento das etapas do exame, especificando parâmetros gasométricos para positividade do teste da apnéia, e com recomendação de 6h entre as avaliações(9). As orientações são válidas até hoje.
Os critérios americanos serviram de referência para confecção de diretrizes nos demais países, embora alguns aspectos apresentam variação ao redor do mundo. Em 2002, Wijdicks revisou o processo para determinação de ME em 80 países e observou que leis específicas sobre transplante de órgãos existiam em 69% e diretrizes diagnósticas em 88% deles(10). Embora uniformidade tenha sido observada quanto a exclusão de confundidores, presença de coma irreversível, ausência de resposta motora ao estímulo doloroso e ausência de reflexos de tronco cerebral, alguns aspectos variavam, como o número de médicos exigidos (mais de 1 em 50% do países), teste da apnéia (não realizado em 24%), necessidade de exame diagnóstico complementar, tempo de observação entre exames e necessidade de expertise dos médicos examinadores. Em 2015, novo trabalho revisitou o tema e verificou que entre 91 países, 70% possuíam legislação específica, com protocolos institucionais estabelecidos em 77%. Quanto aos protocolos, foram observadas diferenças em relação as diretrizes americanas em 53%, independente do nível de desenvolvimento econômico dos países. Discrepâncias no teste da apnéia foram relatados quanto à exigência de parâmetros gasométricos, ao números de testes realizados (pelo menos 2 em 54%) e à duração mínima, definida em 64% dos países. Em relação ao exame clínico, os requisitos exigidos (ausência de resposta aos estímulos) variaram em frequência nas declarações de morte encefálica dos países estudados: resposta intencional ao estímulo (77%), pupila média ou dilatada (75%), resposta pupilar a luz (96%), reflexo oculocefálico (90%), reflexo vestíbulo-ocular (92%), reflexo córneo-palpebral (96%), careteamento ao estímulo doloroso (74%), reflexo nauseoso (87%), reflexo de tosse (87%). Em 23% dos países, a ausência de reflexos espinhais ainda é exigência pra o diagnóstico de morte encefálica(11).
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No Brasil, inexistia previsão legal sobre retirada de órgãos e transplante(12), até a publicação da Lei no 5.479/68 de 10 de agosto de 1968, que estabelecia que a retirada deveria “ser precedida da prova incontestável da morte” somente “por médico de capacidade comprovada, em instituições públicas ou particulares, reconhecidamente idôneas”(13). Por um período, os serviços, em sua maioria universitários, estabeleceram critérios próprios de ME(12).
Somente em 1991, o Conselho Federal de Medicina (CFM), regulamentou o diagnóstico de ME através da Resolução 1.346/91(14). Esta considerava que a parada total e irreversível das funções encefálicas equivale à morte, conforme já estabelecido pela comunidade científica mundial. Estabeleceu como critérios, em pessoas com mais de 2 anos: coma aperceptivo com arreatividade inespecífica dolorosa e vegetativa de causa definida; ausência de reflexos corneano, oculoencefálico, oculovestibular e do vômito; e positividade do teste de apneia. Deveriam ser excluídos os casos de intoxicações metabólicas, intoxicações por drogas ou hipotermia. A comprovação deveria ser feita com exames complementares, evidenciando ausência das atividades bioelétrica ou metabólica cerebrais ou da perfusão encefálica. O período de observação desse estado clínico deveria ser de, no mínimo, seis horas.
Em 1997, foi publicada a Lei no 9.434/97 que dispõe sobre a remoção de órgãos, tecidos e partes do corpo humano para fins de transplante e tratamento(15). Esta lei resolve em seu artigo 3o que “a retirada post mortem de tecidos, órgãos ou partes do corpo humano destinados a transplante ou tratamento deverá ser precedida de diagnostico de morte encefálica, constatada e registrada por dois médicos não participantes das equipes de remoção e transplante, mediante a utilização de critérios clínicos e tecnológicos definidos por resolução do Conselho Federal de Medicina”. A partir de então, o CFM foi reconhecido como o órgão competente e responsável por estabelecer os critérios de diagnóstico de ME.
O CFM publicou em 1997, já seguindo determinação legal, a Resolução no 1.480/97, revogando a anterior e reafirmando os critérios(16). A ME deveria ser consequência de processo irreversível e de causa conhecida, com os seguintes parâmetros clínicos devendo ser observados para constatação: coma aperceptivo com ausência de atividade motora supra-espinhal (pupilas fixas e arreativas, ausência de reflexos córneo-palpebral e oculocefálicos, de respostas às provas calóricas e de reflexo de tosse) e apneia. Os critérios poderiam ser aplicados
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também em pacientes com idades entre 7 dias e 2 anos, obedecendo intervalos entre os dois exames clínicos próprios para cada faixa etária (de 48 horas para 7 dias a 2 meses incompletos, de 24 horas dos 2 meses a 1 ano incompleto, de 12 horas de 1 ano a 2 anos incompletos, e de 6 horas acima dos 2 anos). A nova resolução também trazia orientações para realização da prova calórica e da apneia.
As Resoluções do CFM não versavam sobre formação específica exigida dos médicos participantes do diagnóstico de ME. Entretanto, no Decreto Presidencial no 2.268, de 30 de junho de 1997, que regulamenta a “Lei de transplantes” no 9.434, de 4 de fevereiro de 1997, no parágrafo primeiro do artigo 16, determina que “o diagnóstico de morte encefálica será confirmado, segundo os critérios clínicos e tecnológicos definidos em resolução do Conselho Federal de Medicina, por dois médicos, no mínimo, um dos quais com título de especialista em neurologia reconhecido no País”(17).
Embora as Resoluções anteriormente citadas já considerassem o “ônus psicológico e material causado pelo prolongamento do uso de recursos extraordinários para o suporte de funções vegetativas em pacientes com parada total e irreversível da atividade encefálica” e ”a necessidade de judiciosa indicação para interrupção do emprego desses recursos”, o CFM publicou em 2007 a Resolução 1.826/07 que tratava especificamente sobre a legalidade e o caráter ético da suspensão dos procedimentos de suportes terapêuticos quando da determinação de ME de indivíduo não-doador(18). Resolvia em seu artigo primeiro que “é legal e ética a suspensão dos procedimentos de suportes terapêuticos quando determinada a morte encefálica em não-doador de órgãos, tecidos e partes do corpo humano para fins de transplante”.
Após anos de discussões feitas no âmbito das sociedades médicas, à luz da experiência acumulada no diagnóstico de ME desde 1997 (104.268 determinações de ME no Brasil entre 2001 e 2016), o CFM publicou em 2017 sua última Resolução 2.173/17, aprimorando alguns pontos(19):
• Tornou-se obrigatória a determinação da ME em todos os pacientes que apresentem coma não perceptivo e apneia persistente (mesmo que não potencial doador de órgãos);
• Melhor definição de aspectos como temperatura corporal mínima, segurança do teste de apneia (necessidade de realização do teste apenas uma única vez), hipernatremia, uso de drogas depressoras do sistema nervoso central,
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lesões congênitas ou adquiridas que prejudiquem parte do exame clinico (como agenesia de globo ocular, traumatismo grave de face e coluna cervical e otorragias);
• Redução do intervalo mínimo de tempo para a determinação da ME (para até 1 hora nos paciente com mais de 2 anos);
• Estabelecimento de critérios para capacitação dos médicos responsáveis pela realização dos testes clínicos e exames complementares.
Em seu artigo terceiro, a Resolução 2.173/17 determina que “serão considerados especificamente capacitados médicos com no mínimo um ano de experiência no atendimento de pacientes em coma e que tenham acompanhado ou realizado pelo menos dez determinações de ME ou curso de capacitação para determinação em ME”. A programação mínima do curso de capacitação, cuja responsabilidade é atribuída aos gestores públicos e hospitais, é exibida no anexo III da Resolução, com metodologia proposta em formato teórico-prático, com duração mínima de oito horas, quatro delas destinadas à discussão de casos clínicos.
A necessidade de capacitação torna-se evidente frente aos resultados de estudos que avaliaram o conhecimento de médicos e estudantes de medicina quanto ao aspectos envolvidos na determinação de ME. Entre os alunos da Graduação no Brasil, observa-se um desconhecimento sobre o tema, e poucos se sentem aptos a realizar o exame(20-23). Quadro semelhante é observados entre outros países como África do Sul(24) e Estados Unidos(25). Quanto aos profissionais médicos formados, o conhecimento também se mostrou insuficiente, mesmo nos intensivistas e emergencistas(26-29). Este baixo rendimento pode estar relacionado ao número limitado de oportunidades de realização do exame durante a formação, observado mesmo na formação de residentes em Neurologia ou Neurocirurgia(28). Levantamento realizado na Mayo Clinic, em Minessota, apontou que 27% dos residentes em Neurologia não haviam acompanhado um exame de ME até o término do período de formação (30). Em outro trabalho norte-americano, da Universidade de Pittsburgh, calculou uma taxa de apenas 0,22 exames de ME por residente de Neurologia por ano (31).
Uma solução utilizada pra contornar esta falta de vivência prática é a utilização de simulação realística com manequins. A utilização deste recurso didático se mostrou eficaz no ensino da determinação de ME, com boa avaliação por parte dos alunos (32). Este tipo de cenário é um dos mais acessíveis em Neurologia para
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este modalidade de ensino, uma vez que é esperado que os reflexos testados estejam ausentes. A simulação de situações em que os achados não seriam compatíveis exige o uso de simuladores mais avançados, com capacidade de movimento e reação pupilar. As principais barreiras ao uso mais frequente da simulação realística são o custo, falta de estrutura (funcionários, espaço físico, suprimentos e suporte técnico), maior tempo necessário para aplicação, e falta de experiência com o método. O custo continua sendo o principal empecilho. Apenas manequins de alta fidelidade, e de preço mais elevado, podem simular movimentos respiratórios durante a prova da apneia(30).
A utilização de recursos tecnológicos na educação de profissionais de saúde traz várias vantagens, entre elas a capacidade de atingir um número maior de alunos, mesmo em localizações remotas, em comparação às modalidades presenciais, sem o aumento dos custos(33).
Ferramentas de e-learning trazem também como possibilidade o uso de conteúdos multimídia (figuras, sons, vídeos e animações), permitindo a criação de produtos mais atrativos, capazes de capturar o interesse do aluno (34). Um estudo avaliando o uso de um guia digital dentro de um laboratório de neurociências mostrou que 99% dos alunos de medicina referiram melhora do aprendizado e das notas obtidas (35).
O uso de computadores para criação de ambientes e pacientes virtuais tem surgido como poderosa alternativa educacional para profissionais de saúde. Tem como característica valiosa a maior disponibilidade, sob a demanda do aluno, que passa a gerenciar o próprio aprendizado (1). Disponibilidade esta maximizada pela crescente presença de dispositivos móveis, como smartphones e tablets, entre os alunos e profissionais da saúde.
“Nativos” de uma nova era digital, a maioria dos alunos e médicos recém-formados possuem um smartphone, e maior parte faz uso de aplicativos específicos da área médica(36,37). Dispositivos móveis podem ser utilizados para acessar de forma rápida literatura científica, bancos de questões, aplicativos para auto-avaliação, calculadoras, e conteúdo educativo multimídia, mostrando-se como ferramentas valiosas de ensino na saúde(38, 39).
Com o reconhecimento da lacuna educacional dos profissionais de saúde no tocante ao diagnóstico de ME, o uso de uma ferramenta digital de ensino, acessível
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também por dispositivos móveis, seria de valiosa contribuição à formação dos profissionais de saúde.
2. OBJETIVOS
Desenvolver um aplicativo para computadores e dispositivos móveis, voltado à capacitação de estudantes e profissionais da saúde na determinação de ME.
3. MÉTODOS
3.1. Criação de cenário virtual
Com a proposta de criar um experiência de simulação virtual, foi utilizado o Blender (40), software gratuito e de código aberto, para criação de modelos tridimensionais (3D).
Figuras 3D complexas podem ser criadas a partir de formas geométricas básicas (planos, cubos, esferas, cilindros, etc.), modificadas pela adição, subtração ou reposicionamento de vértices, arestas e faces, e pela combinação com outras formas. Às superfícies dos modelos podem ser atribuídos materiais ou texturas que conferem cores e brilho aos objetos (Figura 1).
Figura 1. Exemplo de criação de modelo 3D. A uma forma básica de cubo (A), são adicionados vértices pela subdivisão de uma face (B). As arestas criadas são deslocadas no plano “z”(C) e atribuídos materiais de diferentes cores às faces do objeto (D). A adição de uma fonte luminosa e combinação com outra forma geométrica (plano) permite criar uma imagem renderizada simplificada de uma casa (E).
Utilizando como referências visuais a observação ao vivo e imagens pesquisadas na internet, o autor criou representações 3D dos objetos encontrados em uma Unidade de Terapia Intensiva (UTI), como monitor de sinais vitais,
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ventilador mecânico, cama hospitalar, bombas de infusão, fluxômetros, cânulas, entre muitos outros equipamentos próprios deste ambiente hospitalar.
A criação de modelos 3D de seres humanos é tarefa muito mais complexa. Para tal foi utilizado um software específico, também gratuito e de código aberto, chamado MakeHuman (41). O programa permite gerar um “personagem” customizado, configurando parâmetros variados como sexo, estatura, idade, altura, peso, cor de pele e de cabelos (Figura 2). Foram escolhidos um modelo masculino como paciente e um feminino como médica examinadora. Os modelos criados foram exportados para uso no Blender.
Para demonstrar o exame clínico da ME, a cena foi criada com o modelo humano masculino deitado sobre uma cama hospitalar, vestindo apenas uma fralda descartável, com eletrodos, oxímetro e sonda pra medição de temperatura esofagiana conectados a um monitor, acesso venoso central com catéter triplo-lúmen, sonda vesical com bolsa coletora de urina e tubo orotraqueal com fixação conectado a um ventilador mecânico. O modelo humano feminino representando a médica examinadora, vestindo uma roupa azul e luvas descartáveis foi posicionada ao lado esquerdo da cama. Para terminar de compor o cenário, além da estrutura de paredes e piso, também foram adicionados suporte com bombas de infusão e bolsas com soluções e equipos; válvulas com fluxômetros para oxigênio, ar comprimido e vácuo, com mangueiras e reservatórios; mesa auxiliar com material utilizado no exame (seringas, cubas, sondas, frasco com solução “gelada”, otoscópio, lanterna e hastes com algodão); negatoscópio com filme de tomografia; controle da cama; lençol e manta de cobertura; e prancheta com papel em escaninho fixado a cama. A versão final do arquivo com os modelos criados contendo cerca de 1 milhão e 600 mil vértices no total pode ser vista na Figura 3.
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Figura 2. Tela do software MakeHuman utilizado pra criação de modelos humanos 3D, com os parâmetros de customização do personagem.
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Figura 3. Tela do software Blender, utilizado pra criação e animação de modelos 3D. Observamos o aspecto final obtido, com representação de um cenário ambientado em uma UTI.
Com adição à cena de fontes luminosas, o Blender é capaz de criar uma imagem renderizada, calculando a cor dos objetos e sombras projetadas, observados do ângulo de visão de uma câmera virtual. A depender dos parâmetros
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de fidelidade escolhidos, uma única imagem pode levar vários minutos para ser obtida em um computador comum, de uso doméstico, como o que foi utilizado no trabalho (notebook com processador intel Core i7, com velocidade de processamento de 2,1 gigahertz). A estimativa inicial do tempo total pra obtenção de uma única amostra das cerca de 3.500 imagens usadas no projeto ultrapassaria 200 horas de processamento. A utilização de um recurso do Blender, capaz de criar uma textura inicial para os objetos, já contendo as sombras e reflexos (Figura 4), permitiu alterar as configurações de renderização, com tempo de obtenção das imagens cerca de 25 vezes menor, mantendo uma qualidade final considerada adequada.
Figura 4. Representação das etapas de refinamento visual na criação de modelo 3D de um ventilador mecânico. Diversas formas geométricas são combinadas, formando uma estrutura 3D complexa (A), cujas faces apresentam aspecto inicialmente indiferenciado (B). A atribuição de diferentes materiais às superfícies, com informações como cor e brilho, conferem um visual mais característico ao objeto (C). O uso de texturas, com sombras e reflexos, conferem um aspecto ainda mais realístico (D).!
3.2. Criação de animações utilizando modelos 3D
O Blender permite a criação de animações a partir da manipulação (rigging) do modelos, com modificação do tamanho, forma ou posição em imagens sucessivas, os chamados quadros (frames), que quando exibidas sequencialmente dão a impressão de movimento.
Para controlar o processo de rigging é adicionada ao modelos 3D uma armadura (armature), uma espécie de esqueleto, que ao ter sua forma, tamanho ou localização alterados, transfere esta modificação ao objeto. Os modelos humanos
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receberam armatures mais complexas, compostas por vários ossos (bones) e articulações, com capacidade de reproduzir um grande variedade de posições (Figura 5).
Figura 5. Modelo humano usado pra representar médica examinadora. Observamos no exemplo que como a adição da armature (representada pelas linhas amarelas) permite a manipulação livre, com adoção das mais variadas poses.
Movimentos mais sutis, como respiração, piscamento, e batimento cardíaco são difíceis de controlar através de armatures. Para estes foi utilizado o recurso das shape keys, que gera versões diferentes de um mesmo objeto, com diferenças na posição de determinados vértices (Figura 6).
Figura 6. Exemplo do uso de shape keys para manipulação de expressão facial do modelo humano 3D. Versões ligeiramente diferentes, obtidas pelo reposicionamento de alguns vértices, permite movimentos mais sutis, que seriam difíceis de obter com o uso de armatures.
Em uma de suas janelas, o Blender permite selecionar cada frame dentro da linha de tempo da animação (timeline). Pela definição padrão, cada 24 frames na timeline equivale a 1 segundo de animação. Ao modificar as poses das armatures ou
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as shape keys entre diferentes frames, o Blender calcula automaticamente a forma esperada dos objetos no frames intermediários entre os dois selecionados. Uma vez salvas, as imagens de cada quadro podem ser combinadas em sequência pra criação de um vídeo.
Foram utilizadas várias câmeras virtuais, com ângulos de visão diferentes, para melhor visualização das etapas do exame (Figura 7).
Figura 7. Amostra de imagens obtidas sob a perspectiva das 7 câmeras virtuais utilizadas no projeto.
As sequências de animação criadas para o projeto foram (com a câmera utilizada, conforme numeração exibida na Figura 7):
• Paciente coberto com lençol, respirando conectado ao ventilador mecânico (câmera 1);
• Paciente descoberto, respirando conectado ao ventilador mecânico (câmera 1);
• Paciente sendo coberto por manta para aquecimento (câmera 1);
• Médica realizando estímulo doloroso em região supraorbitária (câmera 2); • Médica realizando estímulo doloroso em região de trapézio (câmera 2);
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• Médica realizando estímulo doloroso em leito ungueal de dedo da mão com auxílio de uma caneta (câmera 3);
• Médica realizando estímulo doloroso em região esternal (câmera 4);
• Representação de automatismo medular ao estímulo esternal com flexão de membros superiores (câmera 4);
• Representação de automatismo medular ao estímulo esternal com flexão de tronco (câmera 4);
• Médica realizando abertura das pálpebras do paciente (câmera 2);
• Piscamento com fechamento parcial das pálpebras do paciente, represando a resposta esperada no reflexo córneo-palpebral (câmera 2);
• Médica, mantendo pálpebras do paciente abertas, movimenta a cabeça deste para direita e esquerda. Os olhos acompanham o movimento da cabeça, representando o sinal dos “olhos de boneca” (câmera 2);
• Médica, mantendo pálpebras do paciente abertas, movimenta a cabeça deste para direita e esquerda. Os olhos movimentam-se em sentido oposto ao da cabeça, representando o achado normal do reflexo oculocefálico (câmera 2); • Médica se abaixa pra pegar controle remoto da cama e aperta botão.
Cabeceira da cama se eleva em cerca de 30o (câmera 5);
• Mão posiciona cuba rim sob orelha esquerda do paciente, e médica introduz sonda em meato acústico externo conectada a seringa com solução “gelada” que é injetada e escorre dentro da cuba (câmera 2);
• Mão posiciona cuba rim sob orelha esquerda do paciente, e médica introduz sonda em meato acústico externo conectada a seringa com solução “gelada” que é injetada e escorre dentro da cuba. Ocorre desvio dos olhos pra a esquerda, representando resposta normal reflexo vestíbulo-calórico (câmera 2);
• Mão posiciona cuba rim sob orelha direita do paciente, e médica introduz sonda em meato acústico externo conectada a seringa com solução “gelada” que é injetada e escorre dentro da cuba (câmera 2);
• Mão realiza abertura da válvula do vácuo, com movimento correspondente do ponteiro do fluxômetro (câmera 6);
• Médica desconecta tubo orotraqueal do ventilador mecânico e introduz sonda de aspiração, representando a pesquisa do reflexo de tosse (câmera 2);
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• Médica retira sonda de aspiração e reconecta tubo orotraqueal ao ventilador mecânico (câmera 2);
• Mão realiza abertura da válvula do oxigênio, com movimento do indicador do fluxômetro até a marca de 6 litros/minuto (câmera 6);
• Médica desconecta tubo orotraqueal do ventilador mecânico e introduz sonda de oxigênio (câmera 2);
• Médica observa paciente desconectado do ventilador mecânico, com sonda de oxigênio posicionada no tubo orotraqueal, sem movimentos respiratórios (prova da apneia). Batimentos cardíacos são representados por oscilações em região precordial e epigastro (câmera 7);
• Médica introduz agulha com seringa em antebraço esquerdo do paciente, com aspiração de sangue, representando a coleta de gasometria em artéria radial (câmera 3).
3.3. Criação e edição de vídeos
O Blender fornece também uma poderosa ferramenta pra criação e edição de vídeos. As imagens renderizadas de todos os frames foram combinadas e exportadas como arquivos de vídeo (utilizado formato MPEG-4 no padrão H.264), separados conforme a etapa do exame clínico.
O editor permite a adição de camadas e transições, recursos utilizados por exemplo na criação do vídeo da prova da apneia, onde um relógio transparente superposto à imagem do paciente mostra de forma acelerada a cronometragem de 10 minutos de observação.
Vídeos representando as telas do monitor de sinais vitais e do ventilador mecânico, bem como do relógio, foram criados com software para apresentações Keynote (42), disponibilizado gratuitamente pela Apple em computadores da marca.
3.4. Edição de imagens
Foi utilizado o software de edição GIMP (GNU Image Manipulation Program) (43), gratuito e de código aberto, para criação e manipulação de imagens.
As imagens geradas foram utilizadas como texturas no Blender e na criação do aplicativo (tela de abertura, ícones, planos de fundo, etc.).
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Foram utilizadas imagens de exames radiológicos obtidos por download em Radiopaedia.org (44), página de repositório colaborativo de radiologista sem fins lucrativos. Os arquivos não contem dados pessoais dos pacientes e foram reproduzidos com os devidos créditos aos profissionais que disponibilizaram as imagens.
3.5. Utilização de plataforma de criação de jogos digitais
A ideia inicial do projeto era utilizar a plataforma de criação de jogos disponibilizada junto com o Blender (Blender Game Engine), mas esta foi descontinuada na última versão do programa.
Em substituição, optamos por utilizar o Unity (também conhecido como Unity3D ou UnityEngine), ferramenta robusta pra criação de jogos proprietária criada pela Unity Technologies (45).
O Unity apresenta como qualidades uma interface amigável e capacidade de gerar versões de aplicativo para as diversos sistemas operacionais (Windows, macOS, Linux, iOS e Android), de forma automática, a partir de um mesmo projeto. Apesar de ter assinaturas pagas, disponibiliza uma licença gratuita para usuários iniciantes cujo projeto não resulte em receita anual superior 100.000 dólares americanos(46), encaixando-se com a proposta deste trabalho.
O usuário do Unity pode criar as telas do jogo ou aplicativo, com uso de imagens, sons, vídeos e modelos 3D adicionados ao projeto (conjuntamente chamados de Assets), combinados com elementos de interface de usuário como janelas, textos e botões. Estes elementos são divididos em diversas cenas (scenes), que podem ser alternadas conforme interação do “jogador” com os elementos na tela.
Foram criadas um total de 20 cenas, com elementos interativos que ao ser clicados (ou tocados) permitem exibir vídeos, janelas de texto com informações relevantes ou mudança para outras cenas. Telas representando o Termo de Declaração de Morte Encefálica, semelhante ao disponibilizado junto à Resolução 2.173/17 do CFM, tem papel de “centro de comando” na estrutura do aplicativo, de onde todas as etapas do exame podem ser acessadas através de ícones numerados. É permitido ao usuários revisitá-las quantas vezes forem necessárias para a melhor compreensão.
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Os textos das orientações foram retirados na quase totalidade da Resolução 2.173/17, referência especificada na tela inicial do aplicativo. Mínimas adaptações foram feitas, como organização em tópicos, para melhor diagramação do texto nas janelas do aplicativo.
Foram escolhidas algumas etapas para serem demonstradas de forma mais interativa, necessitando que o usuário realize gestos de clicar (ou tocar na tela dos dispositivos móveis) e arrastar para interagir com o conteúdo:
• Na pesquisa do reflexo fotomotor, o usuário movimenta a mão da médica examinadora com uma lanterna para iluminar os olhos do paciente, com pupilas arreativas ao estímulo. Um ícone com interrogação permite observar a resposta esperada em situações normais, com contração pupilar à exposição luminosa (figura 8).
• No exame do reflexo córneo-palpebral, o usuário movimenta a mão da médica examinadora com uma haste com algodão em direção à córnea do paciente, sem que haja reação ao estímulo. Permite-se também observar a reposta normal, com fechamento dos olhos ao estímulo.
• Na pesquisa do reflexo oculocefálico, o usuário é instruído a arrastar horizontalmente o ponteiro do mouse (ou dedo na tela) para movimentar a cabeça do paciente para a esquerda ou direita. Os olhos do paciente acompanham o movimento da cabeça. Na demonstração do reflexo normal, os olhos movem-se em sentido oposto ao da cabeça.
Figura 8. Representação da etapa interativa de exame do reflexo fotomotor. Em “A” a tela inicial com o ícone orientando o usuário a clicar (ou tocar na tela) e arrastar pra interagir. Em “B, “C” “D” indicam o movimento realizado pelo usuário direcionando a mão da médica examinadora com a lanterna pra iluminar os olhos do paciente (as setas ilustram a figura, não são visualizadas no aplicativo). Em “E” representação da resposta normal ao clicar no ícone da interrogação, com a contração pupilar ao estímulo luminoso.
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Para execução respostas mais complexas, como as exibidas na etapas descritas acima, o Unity exige a criação de scripts, arquivos de texto contendo comandos escritos em linguagem de programação com as instruções necessárias para realização da tarefa. Foi escolhida a linguagem c# (lê-se “c sharp”), criada pela Microsoft com sintaxe orientada a objetos como parte da plataforma .NET. A Figura 9 traz exemplo de script utilizado para movimentar elementos na tela em resposta aos gestos do usuário.
Figura 9. Exemplo de script com linhas de código em linguagem c#.
Ao término do trabalho foram criados arquivos executáveis para os principais sistemas operacionais. Diferenças pequenas podem ser observadas entres as versões, como mudança na resolução da tela do aplicativo, ou troca de ícones representando ponteiros do mouse por outros com desenho de uma mão (para uso em dispositivos móveis). A Figura 10 traz um fluxograma com o resumo de todas as etapas do trabalho.
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O projeto foi foi submetido ao Comitê de Ética em Pesquisa do Hospital Universitário Onofre Lopes para apreciação, tendo sido aprovado sob o número do parecer 3.079.856 (Anexos).
CRIAÇÃO DE VÍDEOS
• Adição das imagens criadas ao editor de vídeo do Blender;! • Adição de camadas e transições quando necessário;!
• Combinação dos quadros em sequência com geração de arquivos de vídeo. !
CRIAÇÃO DE CENÁRIO VIRTUAL
• Levantamento dos equipamentos da UTI e os usados no exame de ME;! • Busca por imagens para referência visual;!
• Confecção de modelos 3D usando o Blender;!
• Adição de modelos humanos 3D gerados através do MakeHuman;! • Combinação do elementos 3D, com ambientação do cenário;!
• Configuração da iluminação com criação de texturas com sombras e reflexos.!
CRIAÇÃO DE PROJETO NO UNITY
• Criação de diferentes scenes com etapas do exame;!
• Adição de elementos de informação e interação (caixas de texto e botões);! • Adição de figuras editadas com o GIMP e vídeos produzidos;!
• Criação de scripts em c# pra interatividade mais complexa;vídeo. !
APLICATIVO
• Geração de arquivos executáveis através do Unity pra diferentes plataformas;! • Teste da versão beta em suas diferentes versões;!
• Correção das falhas observadas;!
• Disponibilização da versão final em repositórios na internet e lojas de aplicativos móveis.!
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4. RESULTADOS
O aplicativo “Protocolo de Morte Encefálica: Um guia Digital”, foi criado em sua primeira versão, 1.0beta, para sistemas operacionais Windows, macOS, Linux, iOS e Android.
O usuário da ferramenta é guiado através do preenchimento do Termo de Declaração de Morte Encefálica, desde identificação do paciente, passando pelo diagnóstico etiológico, exclusão de fatores confundidores, com as medidas para estabilização clínica do paciente, e todas as etapas do exame neurológico com vídeos demonstrativos e conteúdos interativos. No decorrer do processo é chamada atenção a aspectos importantes e possíveis “armadilhas” do exame, como por exemplo a posição adequada da cama durante a prova calórica e respostas motoras relacionadas a automatismos medulares (sinal de Lázaro). Em algumas etapas é possível exibir os achados esperados em pacientes normais. Uma explicação sucinta é feita sobre os exames complementares utilizados na determinação de ME, com exemplos. Por fim, o usuário recebe as congratulações e é convidado a revisitar as etapas quantas vezes achar necessário. O tempo total estimado para completar todas as etapas é de aproximadamente 15 minutos.
A Figura 11 reúne amostras de captura das telas da versão para sistema operacional macOS.
Após período de testes, com correção de falhas e implementação de melhorias, serão disponibilizados para download em repositórios na internet e lojas de aplicativos para dispositivos móveis (App Store e Google Play).
Ë importante ressaltar que todo o projeto foi executado pelo próprio autor, utilizando ferramentas gratuitas, sem custo financeiro com compra de software ou hardware.
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Figura 11. Capturas de tela do aplicativo “Protocolo de Morte Encefálica: Um guia Digital”, em sua versão pra sistema operacional macOS.
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5, APLICAÇÕES PRÁTICAS NA FORMAÇÃO DOS PROFISSIONAIS DA SAÚDE Diante da falta de conhecimentos dos profissionais de saúde necessários ao diagnóstico de ME, um aplicativo com as principais orientações e tutoriais multimídia, disponíveis nas mais diversas plataformas, pode ser valiosa ferramenta de ensino.
O aplicativo poderá ser utilizado como material didático complementar às aulas no curso de graduação de medicina, nas disciplinas em que seja oportuna a abordagem do tema, ficando a disposição do aluno pra revisão futura, sempre que desejar.
Os profissionais médicos formados também poderão utilizar a ferramenta como complementação aos cursos de capacitação propostos pelo CFM, revisando as diretrizes da Resolução do Conselho (fonte das informações exibidas no aplicativo), servindo também de material pra consulta, caso julgue necessário, antes da realização de protocolos clínicos diagnósticos de ME.
Os médicos e estudantes de Medicina, que terão a prerrogativa da realização do exame de ME, são o público-alvo principal da ferramenta criada. Entretanto, é fundamental que os demais profissionais da saúde conheçam o Protocolo para determinação de ME, evitando ruídos na comunicação interprofissional e com os familiares dos pacientes.
Com a falta de oportunidades dos alunos em acompanhar a realização de exames de ME na prática, durante a graduação ou residência, optamos por uma abordagem “gameficada” do conteúdo, mais atrativa ao aluno, tentando se aproximar à experiência da simulação realística com uso de manequins, metodologia mais utilizada nos cursos de capacitação. O uso de computadores e dispositivos móveis tem como vantagens adicionais o alcance maior de alunos e um custo reduzido.
Com o uso do aplicativo na prática poderemos avaliar futuramente seu verdadeiro potencial, mensurando o seu impacto na aquisição do conhecimento, comparando outras metodologias de ensino.
Novas versões atualizadas poderão ser disponibilizadas conforme a necessidade, inclusive com adição de módulo para auto-avaliação.
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6. REFERÊNCIAS
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