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Imagem do tomográfo

Sistema de 36 canais - BAC

Nova tecnologia, desenvolvida por pesquisador do ICT/Unifesp, dispensa o uso de substâncias radioativas e salas blindadas, e tem custo mais acessível à rede pública

Mariane Santos

A área da saúde demanda equipamentos de alta tecnologia com uma boa relação custo-benefício. Em contrapartida, técnicas como a radiografia e a cintilografia – indicadas para a identificação de doenças e para estudar parâmetros do trato gastrintestinal – fazem uso de radiação ionizante ou materiais radioativos que, além de caros, podem ser nocivos à saúde, necessitam de pessoal com formação específica e espaço adaptado, limitando o uso a grandes hospitais e instituições de pesquisa. 

Fabiano Paixão

Fabiano Paixão, docente do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT/Unifesp)/Campus São José dos Campos

No entanto, um projeto inovador, desenvolvido por Fabiano Paixão, docente do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT/Unifesp) - Campus São José dos Campos, promete revolucionar a área de diagnóstico por imagem. A nova tecnologia trata-se de um novo equipamento de tomografia, portátil e de baixo custo, que dispensa o uso de substâncias radioativas, como tecnécio, e salas blindadas, pois utiliza-se da aplicação de um campo magnético de baixa intensidade projetado sobre o órgão a ser analisado. Nesse caso, o contraste – substância introduzida no órgão para a realização do exame – administrado ao paciente é constituído por pó de ferro, sem contra-indicação, uma vez que não é absorvido pelo organismo. Quanto à infraestrutura, é necessário apenas uma sala de consultório.

O projeto de pesquisa, intitulado Uso de Tecnologias para Avaliações de Técnica Biomagnética: Tomógrafo Biomagnético, foi desenvolvido a partir da técnica de Biossusceptometria de Corrente Alternada (BCA) e obteve recursos pela Financiadora de Estudos e Projetos (Finep) no valor de cerca de R$ 2,5 milhões.

A BCA (ou BAC, na sigla em inglês) é baseada em uma das propriedades magnéticas dos materiais, a susceptibilidade. A susceptibilidade magnética é uma constante que indica o grau de magnetização de um material em resposta a um campo magnético aplicado (M = χm H, onde M é a magnetização do material, H é o campo magnético aplicado e χm é susceptibilidade magnética). A BAC é composta por um par de bobinas de excitação magnética e por um par de sensores magnéticos ligados gradiometricamente, isto é, de maneira diferencial. Em seu princípio de funcionamento, a BAC aplica um campo magnético alternado, gerado por bobinas de excitação, e mede a resposta desse campo, que é originado pela presença do contraste magnético próximo a seus sensores. 

Uma vez que a detecção do sinal da BAC depende da distância entre o sensor e o contraste magnético, bem como da quantidade de contraste em uma região, as mudanças na sua posição e quantidade durante a contração e o relaxamento gástrico modulam o sinal medido pelos sensores magnéticos. Dessa forma, a contração gástrica e o trânsito gastrintestinal podem ser avaliados pela técnica de maneira segura e não invasiva.

De 1950 para cá...

Na literatura há indicativos de estudos sobre atividade gástrica em 1950 utilizando-se um magnetômetro e um pequeno marcador magnético para estudar a motilidade gástrica e o tempo de trânsito. Em 1977 desenvolveu-se a técnica Biosusceptometria de Corrente Alternada (BCA) para a medição da motilidade gástrica e o tempo de trânsito gastrintestinal utilizando o traçador magnético e muitas outras exposições para a aprimoração da técnica.

Paixão explica que na década de 1990 Oswaldo Baffa Filho, docente da Universidade de São Paulo de Ribeirão Preto, trabalhava no melhoramento dessa inovação e orientou outro pesquisador, José Ricardo de Arruda Miranda, atual professor da Unesp, no desenvolvimento da BCA.

“Em 1970 havia um aparelho rudimentar com baixa resolução. Em 1990 José Ricardo começou a desenvolver algo mais preciso e até mudou a estrutura desse equipamento, tornando-o mais sensível a ponto de estudar diferentes partes do trato gastrintestinal. De 1990 para cá eles vieram aperfeiçoando a tecnologia e, então, em 2002, 10 anos depois, eu entrei para contribuir com os estudos”.

imagem do equipamento

Sistema de 36 canais - BAC e equipamento para funcionamento

imagens de telas

Imagens magnéticas geradas pelo software

Tecnologia

O desempenho da nova tecnologia é baseado na resposta gerada pelo contraste (pó de ferro) quando excitado por um campo magnético, gerando um sinal que é medido por uma matriz de sensores que analisa a área desejada e adquire uma imagem magnética. Para isso, Paixão teve o desafio de adaptar vários parâmetros e peças do equipamento convencional de BAC.

Uma das ações foi substituir o sistema de aquisição do sinal que necessitava da utilização de amplificadores lock-in’s, com custo de 5 mil dólares, por uma estrutura eletrônica, com valor estimado em 80 reais. 

Os amplificadores lock-in’s tem a capacidade de extrair um sinal de um ambiente extremamente ruidoso. Dependendo do instrumento, os sinais até um milhão de vezes menores do que os componentes de ruído podem ser detectados de forma confiável. Para seu funcionamento, o amplificador lock-in aplica um sinal alternado e mede a resposta, travando (lock) sua medida na mesma frequência e fase do sinal aplicado. Essa tecnologia foi substituída por um sistema de canais compostos por sensores economicamente mais acessíveis e teve o pedido de patente depositado no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (Inpi).

Além disso, o pesquisador substituiu as bobinas de indução, utilizadas como sensores de fluxo magnético, por sensores magnetorresistivos. Criou-se, também, um projeto com quatro sensores para capturar uma imagem e, na sequência, desenvolveu-se um sistema de 36 canais para medir o trânsito gastrintestinal, que originou o sistema tomográfico. “Construí as estruturas eletrônicas para suporte e funcionamento dos sensores magnetorresistivos e obtive um sistema que captava um sinal muito mais localizado e com capacidade de captar um número maior de informações na mesma área de uma única bobina de indução. Consequentemente, foi possível obter uma imagem magnética.” 

Os sensores magnetorresistivos variam sua resistência elétrica conforme o campo magnético aplicado sobre eles. Esse tipo de sensor apresenta a vantagem de ser extremamente pequeno, quando comparado com as bobinas de indução, e apresenta sensibilidade compatível com a BAC. A pequena dimensão permitiu o desenvolvimento de uma matriz de sensores para a captura de imagens magnéticas com maior resolução espacial, que não poderia ser obtida com o uso das bobinas de indução.

O cientista esclarece ainda que o equipamento não faz imagens tomográficas do órgão, mas do contraste magnético, muito similar à tecnologia aplicada na Medicina Nuclear. 

Paixão explica que começou a estudar o sistema para uso médico em 2002, ainda na graduação, na Universidade Estadual Paulista Júlio de Mesquita Filho (Unesp) – Campus Botucatu e que prosseguiu no doutorado direto. “A base da tecnologia foi desenvolvida em 2005, com a redução de custos e, a partir daí, a criação de um tomógrafo magnético”, afirma. “Basicamente, a tecnologia estava voltada para o trato gastrintestinal e, com o projeto que temos hoje, podemos aplicar para o rim e o coração, e futuramente para o câncer”.

O tomógrafo está em construção e a expectativa é que daqui a quatro anos esteja disponível no mercado.

As vantagens dessa técnica não estão relacionadas somente à área médica, mas também à veterinária, à farmacêutica (análise e distribuição de drogas in vivo - “drug delivery”) e à pesquisa científica que necessita de experimentos em animais.

Expansão do projeto

A empresa Siemens Healthineers, que corresponde à área de saúde gerida separadamente da Siemens AG, firmou, em novembro de 2016, um acordo de cooperação com a Unifesp, por meio do ICT/Unifesp, que dará apoio para o desenvolvimento do projeto de pesquisa de Paixão.

A empresa fará um investimento de cerca de R$ 8 milhões, que será utilizado na readequação do espaço físico de parte do ICT/Unifesp, bem como na instalação de equipamentos de diagnósticos clínico e por imagem. Os aparelhos serão utilizados para propiciar o desenvolvimento e validação do tomógrafo biomagnético e também poderão ser utilizados em outras pesquisas do professor. 

Imagem de ambiente vazio

Futuras instalações do Centro de Inovação de Engenharia Biomédica

Para a viabilização do projeto, a Unifesp fez um investimento de R$ 3 milhões, os quais foram utilizados na compra do prédio que abrigará o Centro de Inovação de Engenharia Biomédica. 

O termo de cooperação também contempla a cessão de materiais técnicos para o aprimoramento das aulas do curso de Engenharia Biomédica, o uso dos equipamentos nas aulas de graduação, parceria de estágio e o desenvolvimento em conjunto de cursos de especialização para os engenheiros e profissionais que atuam nas áreas da saúde relacionadas aos equipamentos. Os mesmos equipamentos também ficarão à disposição para agenda de treinamentos técnicos da equipe de engenheiros de serviço e os assessores científicos da Siemens.

Paixão ressalta a importância do acordo. “Acreditamos que essa parceria propiciará o desenvolvimento significativo do ensino, pesquisa e extensão, bases da universidade. Além disso, promoverá a aproximação do conhecimento acadêmico da instituição com o conhecimento tecnológico do setor produtivo”.

Artigo relacionado:

PAIXÃO, Fabiano C.; CORÁ, Luciana A.; AMÉRICO, Madileine F.; OLIVEIRA, Ricardo Brandt de; BAFFA, Oswaldo; MIRANDA, José Ricardo A. Development of an AMR-ACB array for gastrointestinal motility studies. Transactions on Biomedical Engineering, vol. 59, nº. 10, p. 2737-2743, out 2012. Disponível em: < http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=6239579 >. Acesso em: 24 abr. 2017.

Publicado em Edição 08
Colher cheia de açúcar e seringa de insulina

Modelo desenvolvido no ICT/Unifesp de São José dos Campos poderá chegar ao consumidor por um preço quatro vezes menor do que o fixado para os similares importados

Ana Cristina Cocolo

Indivíduos com diabetes mellitus (DM) poderão, em poucos anos, adquirir a bomba de insulina nacional, cujo preço será muito mais acessível do que o das importadas, únicas disponíveis atualmente no mercado. Esse tipo de equipamento substituirá o uso das canetas e seringas para aplicação de insulina, permitindo melhor controle da glicemia e redução das hipoglicemias severas de pacientes diabéticos. 

As bombas de infusão de insulina são aparelhos com comando eletrônico, do tamanho de um celular pequeno, que injetam insulina, de forma constante, a partir de um reservatório para uma cânula inserida sob a pele, geralmente na região abdominal. São primariamente indicadas para pacientes com DM tipo 1, embora seja crescente o número de pacientes acometidos por DM tipo 2, com dificuldade de controle glicêmico, que se tornaram usuários da bomba de infusão de insulina.

Desenvolvidas no final da década de 1970 e, no Brasil, prescrita com maior frequência há pouco mais de 15 anos, as bombas de insulina estão fora da realidade para a maioria dos brasileiros que poderiam beneficiar-se da tecnologia existente, já que os dois modelos importados vendidos no país custam entre R$ 13 mil e R$ 14 mil. O protótipo que está sendo desenvolvido na Unifesp, em parceria com a empresa de produtos médicos Delta Life, poderá chegar ao consumidor final por um preço até quatro vezes menor.

“Ainda assim será um produto para poucos, ante os custos de manutenção mensal dos acessórios como cateteres e cânulas, por exemplo”, explica Luiz Eduardo Galvão Martins, professor de Engenharia de Software do Instituto de Ciência e Tecnologia (ICT/Unifesp) – Campus São José dos Campos e coordenador do projeto. “No entanto, já estamos trabalhando no sentido de buscar alternativas que barateiem esses itens complementares.”

“A bomba de insulina é o equipamento que mais se assemelha ao funcionamento do pâncreas de uma pessoa saudável, já que está conectada 24 horas ao indivíduo, liberando a insulina de forma contínua, por meio de pulsos (bolus), em quantidades e horários pré-programados, de acordo com a necessidade de cada paciente”, explica Tatiana Sousa Cunha, professora do curso de Engenharia Biomédica do ITC/Unifesp e uma das pesquisadoras envolvidas no projeto. “O controle adequado da glicemia reduz ou posterga de forma significativa as complicações do DM, principalmente nos casos de difícil controle.”

Martins afirma que não são apenas os componentes eletrônicos utilizados no processo de produção que deixam o aparelho mais barato, mas também o fato de ser fabricado no Brasil, o que determina a isenção de impostos incidentes sobre os produtos importados.

De acordo com o pesquisador responsável, o item mais caro do protótipo é o motor de passo, mecanismo eletromecânico utilizado para obter um posicionamento preciso por controle digital (software).

No projeto também estão envolvidos: Tiago de Oliveira, docente do ICT/Unifesp; Dulce Elena Casarini e Sergio Atala Dib, docentes da Escola Paulista de Medicina (EPM/Unifesp); Juliana Almada Colucci, doutora em Medicina pela Unifesp; Monica Andrade Lima Gabbay, endocrinologista e médica assistente do Centro de Pesquisa Clínica em Diabetes da Unifesp; Karen Ann Krejcik, Lucas Vecchete e Pedro Gaiarsa, todos estudantes do ICT/Unifesp; Hanniere Faria, ex-estudantes do ICT/Unifesp, e Jane Dullius, professora da Universidade de Brasília (UnB), os quais têm cooperado com o grupo de pesquisa da Unifesp desde março de 2016.

Diabetes mellitus

O diabetes mellitus é constituído por um grupo de doenças metabólicas, que apresentam em comum o aumento dos níveis de glicose no sangue causado pela destruição parcial ou total das células beta do pâncreas, responsáveis pela produção de insulina, ou por defeitos na ação desse hormônio. Várias complicações decorrentes dessa condição podem surgir a longo prazo, como doenças cardiovasculares, insuficiência renal crônica, cegueira e alterações neurológicas; o agravamento do quadro clínico pode levar ao coma e à morte. Entre os sintomas que caracterizam o DM estão a necessidade frequente de urinar e o aumento da sede e da fome. Os principais tipos de diabetes são:

  • Diabetes mellitus tipo 1: de caráter autoimune, é geralmente diagnosticado na infância ou na adolescência e resulta da destruição das células beta do pâncreas, produtoras de insulina. Neste caso, a reposição de insulina faz-se necessária ao longo da vida. 
  • Diabetes mellitus tipo 2: tem origem na resistência à insulina, uma condição em que as células do corpo não respondem a esse hormônio de forma adequada. As principais causas são o peso excessivo e a falta de exercício físico.
  • Diabetes mellitus gestacional: é a condição em que uma mulher sem diabetes apresenta níveis elevados de glicose no sangue durante a gravidez.

Acessórios são o próximo alvo

Outro ponto do projeto sobre o qual os pesquisadores também se debruçam é o barateamento dos quatro acessórios utilizados na manutenção do sistema de infusão, os quais, para as bombas importadas, geram um custo de até R$ 1 mil/mês. Para dois deles – bateria e reservatório de insulina –, a solução já foi encontrada e reduz essa despesa em 25%.

O “pulo do gato”, conforme explica Martins, é a adaptação do aparelho às pilhas comuns e a um reservatório simples para o medicamento (modelo de seringa), de baixo custo e comercialmente disponível. Só que, nesse caso, ajustado especificamente à insulina. “O preço desse modelo de reservatório é significativamente mais baixo, com projeção de R$ 1 contra R$ 12 do usualmente utilizado nas bombas disponíveis.”

No entanto, dois outros produtos complementares – cânula e cateter, feitos de material plástico flexível – e que precisam ser trocados, em média, a cada três e seis dias para evitar reações alérgicas, infecções e obstruções, ainda são um desafio que precisa ser superado. “Não temos fabricantes nacionais desses cateteres e cânulas específicos para a bomba de insulina”, afirma Tatiana. “Por esse motivo, pretendemos também aprofundar os estudos para o desenvolvimento desses itens.”

Foto da equipe de pesquisadores

Professores do ICT/Unifesp Luiz Eduardo Martins (de óculos) e Tatiana Sousa Cunha, e os estudantes bolsistas Lucas Vecchete e Pedro Gaiarsa (de camiseta cinza)

Protótipo de equipamento desenvolvido na pesquisa

Parte do protótipo da bomba de insulina nacional que está sendo produzida

Estimativas sobre a doença

No mundo:

  • Em 2015, mais de meio milhão de crianças foram diagnosticadas com DM tipo 1 pela primeira vez. O DM tipo 1 aumenta cerca de 3% ao ano, embora seja menos comum do que o DM tipo 2
  • Uma em cada 11 pessoas tem diabetes
  • Em 2015, cerca de 215,2 milhões de homens e 199,5 milhões de mulheres tiveram a doença, totalizando 415 milhões de pessoas
  • Em 2040, 642 milhões de pessoas serão acometidas pela doença: 328,4 milhões de homens e 313,3 milhões de mulheres
  • 12% dos gastos globais com saúde estão ligados ao diabetes, o que representa US$ 673 bilhões
  • Um em cada sete recém-nascidos é afetado pelo diabetes gestacional

No Brasil:

  • Número de adultos (20 a 79 anos) com diabetes: 14.250.800
  • Prevalência nacional da doença: 10,2%
  • Número de mortes em 2015 relacionadas ao diabetes (20-79 anos): 130.712
  • Gasto médio anual de um brasileiro com diabetes para tratar a doença: R$5.345,90 (cotação US$1 = R$3,50)
  • Número de pessoas (20 a 79 anos) que apresentam diabetes e ainda não foram diagnosticadas: 5.724.400

Diabetes em crianças

Cinco primeiros países segundo o número de crianças (0 a 14 anos) com diabetes tipo 1

Estados Unidos 84.100
Índia 70.200
Brasil 30.900
China 30.500
Reino Unido 19.800


Fonte: Atlas do Diabetes 2015 - Federação Internacional de Diabetes (IDF)

Artigos relacionados:

ATLAS do Diabetes. 7. ed. Bruxelas: International Diabetes Federation (IDF), 2015. Disponível em: <http://www.diabetesatlas.org/resources/2015-atlas.html>. Acesso em: 14 mar. 2017.

MARTINS, Luiz Eduardo G.; FARIA, Hanniere de; VECCHETE, Lucas; CUNHA, Tatiana Sousa; OLIVEIRA, Tiago de; CASARINI, Dulce E.; COLUCCI, Juliana Almada. Development of a low-cost insulin infusion pump: lessons learned from an industry case. In: IEEE INTERNATIONAL SYMPOSIUM ON COMPUTER-BASED MEDICAL SYSTEMS, 28., 2015, São Carlos; Ribeirão Preto (SP, Brasil). Proceedings CBMS 2015. São Carlos; Ribeirão Preto (SP, Brasil): Conference Publishing Services (CPS), 2015. p. 338-343. Disponível em: < http://doi.ieeecomputersociety.org/10.1109/CBMS.2015.14 >. Acesso em: 5 abr. 2017.

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