Medicina Assistida por Computação Cientifica. Relevância do Tema

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1 Medicina Assistida por Computação Cientifica Relevância do Tema Os avanços alcançados nestas ultimas décadas na ciência da computação particularmente no que se refere à computação de alto desempenho (distribuída ou não), visualização cientifica incluindo processamento de imagens, tecnologia da informação com ênfase em redes de computadores e comunicação sem fio para a área de monitoramento a distância, de ambientes virtuais colaborativos (AVC) assim como os avanços na modelagem e simulação computacional incluído os efeitos das múltiplas escalas (temporais e espaciais) e os efeitos de heterogeneidades (modelagem estatística), tem revolucionado a medicina. O significativo impacto sócio-econômico que o desenvolvimento de atividades de P&D neste tema fica evidenciado pelo grande potencial de suporte científicotecnológico nas diversas especialidades médicas. Por exemplo, doenças cardiovasculares (DCV), são a principal causa de morte na população brasileira, representando 40% do total de óbitos. A importância social das DCV é corroborada ainda por representarem a principal causa de aposentadorias, a segunda causa de internações e a principal causa de gastos com estas internações. De forma similar, a traumatologia e suas possíveis seqüelas possui grande importância social em um país recordista de acidentes de trânsito. Assim os recentes avanços na computação científica podem apresentar significativas contribuições na assistência à medicina no melhor e mais eficiente atendimento da população. Descrição do Projeto O projeto visa realizar atividades de pesquisa, desenvolvimento e inovação tecnológica com caráter multidisciplinar na área de medicina assistida por computação visando significativo impacto sócio-econômico assim como integração de varias iniciativas nesta área dentro da Unidade. Em particular dar-se-á ênfase ao desenvolvimento, consolidação e integração das seguintes atividades de P&D: i. modelagem e simulação do sistema cardiovascular humano, ii. visualização cientifica e processamento de imagens de maneira a permitir que imagens médicas adquiridas em tomografias, ressonâncias magnética, etc., possam ser processadas para que as estruturas de interesse sejam extraídas (ou segmentadas) e posteriormente visualizadas, contribuindo para o diagnóstico de doenças e o planejamento de procedimentos terapêuticos em diversas áreas da medicina., iii. reconstrução de próteses craniofaciais e de sistemas arteriais via processamento de imagens medicas,

2 iv. computação distribuída de alto desempenho e sua utilização na simulação computacional e no oferecimento de serviços de sistemas médicos de simulação, v. computação móvel no suporte à decisão de aplicação de trombolíticos em casos de infarto agudo do miocárdio, vi. realidade virtual e aumentada e suas aplicações em planejamento cirúrgico, telemedicina, teletreinamento, telemonitoração e telemanipulação na área médica. Áreas de pesquisa na Unidade tais como Modelagem Multiescala, Modelagem Estocástica, Mecânica dos Fluidos Computacionais, Interação Fluido-Estrutura, Otimização e Analise de Sensibilidade na caracterização de propriedades, calibração e assimilação de dados fisiológicos e de propriedades de tecidos vivos, Computação Distribuída e de Alto Desempenho, Banco de Dados e Mineração de Dados Distribuídos, Visualização Cientifica e Reconstrução de Imagens, Redes e Comunicação sem fio dentre outras, deverão ser desenvolvidas e integradas de maneira a atender as necessidades deste tema multi e interdisciplinar e de grande impacto socioeconômico. Situação Atual Avanços científicos e tecnológicos recentes nas áreas de computação cientifica, modelagem computacional e tecnologia da informação e comunicação com enfoque na área de saúde estão atualmente em pleno desenvolvimento na Unidade através de parcerias com importantes instituições de pesquisa, empresas e hospitais e faculdades de medicina do País (por exemplo Faculdade de Medicina da UFRJ e UERJ, Faculdade de Medicina de Petrópolis, Centro de Pesquisa do Hospital Albert Einstein, SP, Hospital Procardíaco, RJ, dentre outros). As áreas necessárias para o desenvolvimento deste projeto contam com elevado reconhecimento dos pares materializado através da coordenação (a nível nacional e estadual) e execução de diversos projetos de P&D aprovados em editais realizados pelas instituições de apoio tais como CNPq, FINEP, FAPERJ, CAPES dentre outras. Entre estes corresponde mencionar os seguintes projetos em finalizados e ou em andamento durante o ano 2007: MACC-Rio. Projeto financiado pela FAPERJ, Ministério da Saúde e CNPq, coordenado pelo Prof. Artur Ziviani e envolvendo a participação de pesquisadores de instituições tais como Universidade Federal Fluminense UFF, Fundação Oswaldo Cruz FIOCRUZ, Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, Universidade Estadual do Rio de Janeiro UERJ dentre outras. MARFIM - Medicina Assistida por Redes sem Fio Multimídia. Projeto financiado pelo CNPq e Ministério da Saúde, coordenado pelos Profs.

3 Artur Ziviani e Antonio Tadeu Azevedo Gomes, envolvendo a participação de pesquisadores de instituições tais como Universidade Federal Fluminense UFF, Faculdade de Medicina da UFRJ - FM/UFRJ, Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN. Faculdade de Medicina de Petrópolis FMP, Hospital Santa Tereza HST, Pontifícia Universidade Católica do Paraná - PUC-PR dentre outras. METRICA - METRologia na Internet para CAracterização de tráfego. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Artur Ziviani envolvendo inclusive a empresa Quatra Telecomunicações e Informática - QUATRA TELECOM. Redes de Nova Geração: Tecnologias Estratégicas de Comunicação. Projeto financiado pela FAPERJ. Suporte Remoto ao Atendimento Médico Emergencial com Uso de Eletrocardiografia Digital via Dispositivos Móveis. Projeto financiado pela FAPERJ e coordenado pelo Prof. Artur Ziviani envolvendo pesquisadores do Hospital Universitário Clementino Fraga Filho da UFRJ - HU-UFRJ. Uso de Computação Móvel no Suporte à Decisão de Aplicação de Trombolíticos em Casos de Infarto Agudo do Miocárdio. Projeto financiado pela FAPERJ e CNPq. Coordenado pelo Prof. Artur Ziviani envolvendo pesquisadores de instituicoes tais como Fundação Oswaldo Cruz FIOCRUZ, Instituto de Biofísica Carlos Chagas Filho - IBCCF/UFRJ e Faculdade de Farmácia - UFRJ - FF-UFRJ dentre outras. METRICOM-Metrologia na Internet e Comunicação Móvel. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Artur Ziviani. Metrologia de Redes Aplicada a Grades Computacionais Convencionais e sem Fio. Projeto financiado pela FAPERJ e Coordenado pelo Prof. Artur Ziviani. Mobilis. Projeto de Cooperação internacional financiado pelo CNPq envolvendo instituições tais como Universidade Federal do Maranhão UFMA, Universidade Federal de Goiás UFG, Universidade Federal de Minas Gerais UFMG, Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro - PUC-Rio, Technische Universitat Dresden - TUD Alemanha. Grupo de Trabalho: Virtual Community Grid (GT VCG) Primeira e segunda fase. Projeto financiado pela RNP Rede Nacional de Ensino e Pesquisa e coordenado pelo Prof. Brubo Schulze envolvendo pesquisadores de instituições tais como Universidade Federal Fluminense UFF, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas CBPF, Universidade Estadual de Campinas UNICAMP, Rede Nacional de Ensino e Pesquisa RNP, Universidade Federal de Rio Grande do Sul UFRGS dentre outras. Integridade: Desenvolvimentos em Middleware para Grids Computacionais na Rede Giga. Projeto financiado pela FINEP e coordenado pelo Prof. Brubo Schulze envolvendo pesquisadores de

4 instituições tais como Universidade Federal Fluminense UFF, Centro Brasileiro de Pesquisas Físicas CBPF, Universidade Estadual de Campinas UNICAMP, Universidade Federal do Espirito Santo UFES, Pontifícia Universidade Católica - PUC/RJ, National Center for Supercomputing Applications - NCSA USA, Universidade Federal de Rio Grande do Sul UFRGS. INAUGRID: Interfaces de Aplicações no Uso de Grids. Projeto financiado pela FINEP e coordenado pelo Prof. Brubo Schulze. Middleware para Computação em Grade. Projeto financiado pela FINEP e coordenado pelo Prof. Brubo Schulze. ACiMA - Ambientes Colaborativos e Multimídia Aplicada. Projeto financiado por CAPES, CNPq, FINEP, FUNTTEL e RNP-Rede Nacional de Ensino e Pesquisa. Coordenado pelo Prof. Jauvane Cavalcante de Oliveira envolvendo pesquisadores do LNCC e do Instituto Militar de Engenharia - IME EnCIMA - Um Motor Gráfico para Aplicações Multimídia Colaborativas e Imersivas. Projeto financiado pela FAPERJ e coordenado pelo Prof. Jauvane Cavalcante de Oliveira envolvendo pesquisadores do LNCC e do Instituto Militar de Engenharia IME. GIGA-AVICOM: Ambientes VIrtuais COlaborativos Massivos na rede GIGA. Projeto financiado por CAPES, FINEP, FUNTTEL e RNP-Rede Nacional de Ensino e Pesquisa. Coordenado pelo Prof. Jauvane Cavalcante de Oliveira envolvendo pesquisadores de instituicoes tais como Universidade do Estado do Rio de Janeiro UERJ, Instituto Militar de Engenharia IME, Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN, Pontifícia Universidade Católica do Rio Grande do Sul PUCRS, IESA Projetos, Equipamentos e Montagens S/A IESA. Faculdade de Medicina de Petrópolis FMP, University of Ottawa - UofO Canadá. Ambientes Virtuais Colaborativos de Grande Escala. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Jauvane Cavalcante de Oliveira. Sistemas Computacionais para Reconstrução de Superfícies Traumáticas e Previsibilidade de Resultados para Manufatura de Próteses Craniofaciais. Projeto finaniado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Gilson Antônio Giraldi envolvendo pesquisadores da Universidade Estadual e Federal de Sao Paulo em Sao Carlos dentre outras instituições. Modelagem e Simulação Computacional do Sistema Cardiovascular Humano Via Formulações Variacionais. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Raúl A. Feijóo envolvendo pesquisadores de instituições tais como Centro Atómico Bariloche Argentina, Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires - UNC Argentina, Faculdade de Medicina da UFRJ - FM/UFRJ, Faculdade de Medicina de Petrópolis FMP. Inovação Tecnológica na Modelagem Computacional do Sistema Cardiovascular Humano. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado

5 pelo Prof. Raúl A. Feijóo envolvendo pesquisadores de instituições tais como InCor Instituto do Coração do Hospital das Clinicas, Faculdade de Medicina da USP (HC FMUSP), Departamento de Cardiologia, Faculdade de Medicina da UFRJ, Instituto do Coração Edson Saad e o Serviço de Cardiologia do Hospital Universitário Chagas Filho, UFRJ, Faculdade de Medicina da UFRJ - FM/UFRJ, Hospital Universitário Clementino Fraga Filho da UFRJ - HU-UFRJ, Faculdade de Medicina de Petrópolis FMP, Dpto. de Mecánica & Laboratório de Bioingeniería, Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional de Mar del Plata, Mar del Plata, Argentina, División de Mecánica Computacional do Centro Atómico Bariloche, Bariloche, Argentina, École Politechnique Federale de Lausanne - EPFL Suíça, Computational Image Laboratory, Pompeu Fabra University, Barcelona, Spain, Civil and Computational Engineering Centre, University of Wales Swansea, dentre outras. Projeto Cientista de Nosso Estado em Modelagem e Simulação Computacional do Sistema Cardiovascular Humano Projeto financiado pela FAPERJ e coordenado pelo Prof. Raúl A. Feijóo envolvendo pesquisadores das instituições mencionadas no projeto anterior. Multi-Scale Computational Modeling for Multi-Phase Materials. Projeto financiado pelo Engineering & Physical Sciences Research Council e coordenado pelos Profs. Raúl A. Feijóo e Eduardo Alberto de Souza Neto formalizando a cooperacao entreo LNCC e o Civil and Computational Engineering Centre, University of Wales Swansea, UK, nesta area. Formulações variacionais e suas aplicações na modelagem e simulação computacional de sistemas complexos o sistema cardiovascular humano. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Raúl A. Feijóo. Análise de Sensibilidade Topológica: Teoria e Aplicações. Projeto financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Antonio André Novotny. Análise de Sensibilidade Topológica e suas Aplicações em Problemas Inversos. Projeto de Cooperacao Bilateral Argentina Brasil financiado pelo CNPq e CONICET-Argentina. Coordenado pelo Prof. Edgardo Taroco e envolvendo pesquisadores do LNCC e Centro Atomico Bariloche. Análise de Sensibilidade à Mudança de Forma e Topologia na Modelagem, Otimização e Problemas Inversos em Ciências Mecânicas, Médicas e Geofísicas. Financiado pelo CNPq e coordenado pelo Prof. Edgardo Taroco participam persquisadores da Universidade Federal de Santa Catarina e do Civil and Computational Engineering Centre, University of Wales Swansea, UK, dentre outras. A descrição de todos estes projetos, financiados através de recursos provenientes de outras fontes (inclusive internacionais) e ganhos em editais específicos, mostra claramente e de maneira indiscutível a relevância do

6 tema, sua importância/impacto sócio econômico dentro do País e no exterior e o reconhecimento dos pares ao nível técnico científico da pesquisa na área que vem sendo desenvolvida sob a liderança de pesquisadores do LNCC. Por outra parte a transparência, via prestações de contas e relatórios técnicos que estes projetos exigem, implica numa garantia na obtenção dos resultados esperados com a execução dos mesmos. Finalmente é importante ressaltar que os recursos obtidos, embora significativos, resultam insuficientes tendo em vista o grande numero de instituições e pesquisadores envolvidos na execução dos mesmos (em alguns projetos participam mais de 60 pesquisadores de diversas instituições do País e do exterior) e que, na maioria dos casos, os recursos para mão de obra são inexistentes. O acima mencionado leva a necessidade de procurar recursos do PCI de maneira a permitir o desenvolvimento das atividades de P&D i) vi) mencionadas na Seção Descrição do Projeto Resultados Esperados Até 2010 esperam-se obter os seguintes resultados, dentre outros: Desenvolvimento do Sistema HeMoLab para a modelagem e simulação do sistema cardiovascular humano. Desenvolvimento de um sistema para a modelagem e simulação computacional da reconstrução de próteses craniofaciais e sua utilização no planejamento cirúrgico. Desenvolvimento de ferramentas computacionais para o processamento de imagens de maneira a permitir que imagens médicas adquiridas em tomografias, ressonâncias magnética, etc., possam ser processadas para que as estruturas de interesse sejam extraídas (ou segmentadas) e posteriormente visualizadas, contribuindo para o diagnóstico de doenças e o planejamento de procedimentos terapêuticos em diversas áreas da medicina. Desenvolvimento de um sistema de computação móvel no suporte à decisão de aplicação de trombolíticos em casos de infarto agudo do miocárdio. Desenvolvimento da computação distribuída de alto desempenho e de Cyberambientes e sua utilização na simulação computacional e no oferecimento de serviços de sistemas médicos de simulação como os acima mencionados. Desenvolvimento da visualização cientifica, realidade virtual e aumentada e suas aplicações em planejamento cirúrgico, telemedicina, teletreinamento,

7 telemonitoração e telemanipulação na área médica. Desenvolvimento de conhecimentos na área de comunicação e monitoração a distancia visando aplicações de teleconsulta e telemonitoramento em diversas especialidades médicas. Integrar a infra-estrutura laboratorial existente nas áreas de computação cientifica distribuída de alto desempenho, visualização científica, modelagem e simulação de sistemas biológicos, ambientes virtuais colaborativos, multimídia e teleinformática de maneira a promover a atuação conjunta destas áreas no presente projeto e em outros projetos de interesse do LNCC. Organização e consolidação de um núcleo de competência no tema MACC Medicina Assistida por Computação Cientifica formado por pesquisadores e tecnologistas do LNCC e parceiros de outras instituições de P&D e de diversos hospitais do Pais e do exterior coordenado através de uma rede temática de abrangência nacional. Registro e/ou patente dos diversos produtos desenvolvidos durante a execução deste projeto.