Nome do Projeto
Desenvolvimento de um Sistema de Apoio à Decisão para Diagnóstico de Desordens Potencialmente Malignas e Câncer de Boca para Dentistas e Estudantes de Odontologia
Ênfase
Pesquisa
Data inicial - Data final
17/07/2023 - 12/07/2027
Unidade de Origem
Coordenador Atual
Área CNPq
Ciências da Saúde
Resumo
A realização de um diagnóstico na clínica odontológica é um desafio para todos os cirurgiões dentistas. Dados colhidos na anamnese e nos exames complementares são necessários para formulação de hipótese diagnóstica e, assim, a conduta a ser seguida. Sendo assim, o projeto tem como objetivo desenvolver uma inteligência artificial que auxilie os profissionais em formação da odontologia na realização de diagnósticos de desordens potencialmente malignas. Metodologicamente, o projeto está dividido nas seguintes etapas: levantamento de requisitos e cocriação de protótipos, validação dos Protótipos, projeto de banco de dados, testes de usabilidade e teste de carga dos sistemas, entrega do MVP, aprimoramento do processo de diagnóstico, desenvolvimento de dispositivos e plugins para auxiliar no diagnóstico, desenvolvimento de soluções algorítmicas eficientes para imagens médicas tridimensionais e uso de Big Data para extrair informações de várias bases de dados como a openEHR. Assim, é esperado que o aplicativo de tomada de decisão seja uma ferramenta facilitadora no processo de diagnóstico para cirurgiões dentistas em formação.

Objetivo Geral

Desenvolver um sistema de Inteligência Artificial que oriente aos cirurgiões-dentistas e discentes em odontologia na realização de diagnósticos das principais desordens potencialmente malignas a partir de scripts.
Desenvolver e avaliar um algoritmo baseado em heurísticas para determinar hipóteses diagnósticas em patologia bucal.

Avaliar algoritmos de aprendizado de máquina para a definição de um sistema de apoio à decisão a partir de um modelo treinado previamente capaz de diagnosticar desordens potencialmente malignas.

Desenvolver um aplicativo, trilíngue (português, inglês e espanhol) para múltiplas plataformas e sistemas operacionais capaz de receber as entradas dos usuários, consultar o servidor central de tomada de decisão e responder ao usuário com base nos seus modelos;

Desenvolver um servidor para a aplicação capaz de, a partir das entradas recebidas dos usuários, ser capaz de seus modelos responder com o diagnóstico que melhor corresponde;


Desenvolver um painel administrativo web para: (1) propiciar o cadastro de novos scripts de patologias e de perfis de usuários; (2) monitorar a acurácia de diagnósticos; (3) monitorar e gerar relatórios de usuários cadastrados e ativos, frequência de patologias diagnosticadas por região e relatórios sobre acurácia de diagnósticos.

Monitorar e extrair dados epidemiológicos a partir das buscas e consultas realizadas no sistema de apoio a decisões, a partir dos relatórios gerados através do painel administrativo.

Projetar e desenvolver “plugins” ou extensão do aplicativo para geração, de por exemplo, diagnóstico por imagem e coleta de sensores ou wearables.

Criar soluções algorítmicas para processar e comprimir imagens tridimensionais da região bucal com baixa complexidade e sem perdas, para viabilizar o diagnóstico rápido, a transmissão e o armazenamento eficiente dos bancos de imagens.

Desenvolver dispositivos físicos que possam ser integrados à dispositivos móveis para dar suporte ao diagnóstico por imagem, permitindo melhorar as condições de iluminação e utilizar iluminação com comprimentos de onda específicos para salientar características que não podem ser vistas a olho nu, além da possibilidade de incorporar lentes para ajuste de foco e ampliação de imagem.

Justificativa

A realização de um diagnóstico com acurácia na clínica odontológica é um desafio diário tanto para os profissionais quanto para os acadêmicos da área. Dados colhidos na anamnese, exame físico e exames complementares devem ser correlacionados para assim ser determinada uma hipótese diagnóstica, determinando desta forma, a conduta e terapias associadas. Em certos casos, os dentistas gerais e os discentes de odontologia apresentam dúvidas a respeito do diagnóstico final de determinadas patologias devido à grande quantidade de informações a serem reunidas durante a anamnese do paciente (sinais e sintomas) para realização do plano de tratamento, falta de experiência, complexidade do caso ou simplesmente uma dúvida entre duas ou mais hipóteses diagnósticas. Alguns estudos que têm avaliado o nível de conhecimento dos dentistas gerais de doenças como, por exemplo, o câncer oral revela um grande desconhecimento dos profissionais a respeito dos sinais e forma de reconhecer a doença e estabelecer segundo isto, uma conduta adequada. Conforme as estimativas do Instituto Nacional do Câncer - INCA em 2022 teremos 15.100 casos novos de câncer orais sendo 10.900 casos em homens e 4.200 em mulheres. Dentre todos os tipos de câncer, o câncer oral é o quinto mais incidente entre os homens. A doença apresenta uma taxa de sobrevivência em cinco anos em torno de 50% pelo que é necessária a conscientização dos cirurgiões dentistas sobre a importância da sua detecção precoce. Apesar daquilo, estudos epidemiológicos indicam que 70 a 80% dos casos de câncer de boca ainda são diagnosticados em estágios avançados. A rede de atenção à saúde bucal no Sistema Único de Saúde (SUS) está estruturada a partir da Atenção Primária à Saúde (APS). Segundo os dados da Sala de Gestão Estratégica do Ministério da Saúde, são 28.000 Equipes de Saúde Bucal (ESB) na APS do país o que representa uma cobertura populacional de 75 milhões de brasileiros. As ESB têm como responsabilidades ações de promoção, prevenção e assistência à saúde, em territórios definidos. É considerada a porta de entrada preferencial do SUS.

Nesse sentido, o desenvolvimento de soluções tecnológicas que auxiliem as ESB nas ações de diagnóstico precoce e tratamento é fundamental para aumento da resolutividade das equipes. Além disso, é possível especular que ações desse escopo podem ser fundamentais para diminuição de morbidades (diagnóstico precoce) e diminuição de custo com o encaminhamento correto daqueles casos que necessitam de atenção especializada. Atualmente, a atenção especializada em Saúde Bucal está organizada em Centro de Especialidades Odontológicas (CEO), sendo 1.033 centros de especialidades odontológicas no país atendendo cinco mil municípios brasileiros.

Uma vez que os pacientes procuram diretamente o cirurgião-dentista quando tem queixas relacionadas à cavidade oral, esse profissional deve conhecer as manifestações mais frequentes e os fatores de risco para essa neoplasia e qualquer outro tipo de patologia bucal. O mesmo problema de desconhecimento dos dentistas gerais e estudantes de odontologia têm sido descrito para várias patologias orais que precisam de um diagnóstico certo e estabelecimento oportuno de terapias adequadas. Embora seja recomendada a sistematização do processo diagnóstico baseado nos princípios semiológicos do exame clínico seguido pela solicitação de exames complementares quando necessário, nem sempre essa sequência é meticulosamente realizada na prática do clínico geral levando ao atraso do alcance do diagnóstico finaI.


Atualmente na área Odontológica existem os Sistemas de Apoio à Decisão Clínica (SADC) que funcionam como uma ferramenta de suporte para a tomada de decisão de diagnóstico e terapêutico. Contudo, o maior problema na implementação e consolidação de SADC está na ausência de padrão de dados, é necessária uma padronização de através de templates e arquétipos. Isso é possível com a utilização da ferramenta openEHR por meio da GDL (Guideline Definition Language). O foco do openEHR é de permitir a construção de sistemas RES (Registro Clínico) com comunicação cruzada sem que haja interoperabilidade semântica (BARCELAR, 2015). Como a área odontológica demanda de uma tomada de decisão mais rápida, visto que o tratamento pode ser iniciado na mesma sessão idealizou-se o desenvolvimento de um aplicativo móvel com enfoque no diagnóstico de condições patológicas que acometem o sistema estomatognático com o intuito de auxiliar o profissional em odontologia na realização de diagnósticos mais precisos dentro e fora da clínica.

A aplicação utilizará, em um primeiro momento, a consulta em um banco de dados que relaciona sinais, sintomas e resultados de exames complementares, porém, durante o desenvolvimento, serão avaliados algoritmos de inteligência artificial de aprendizagem de máquina, que possam processar as possíveis hipóteses diagnósticas do caso clínico submetidas a um sistema de apoio a decisão associada a um modelo extraído a partir do banco de dados pré-estabelecido a partir da extração e cruzamento de bases consolidadas. As hipóteses diagnósticas submetidas a este modelo podem ser incorporadas automaticamente no treinamento de novos modelos através da técnica de aprendizado por reforço. Esta tecnologia permitirá ao usuário maior confiança na hora do diagnóstico, bem como a obtenção de uma lista de prováveis diagnósticos em tempo real, pois o modelo está em constante melhoria. Isto contribuirá para agilidade do tratamento e uma maior precisão no atendimento clínico de acordo com a iteração do modelo com os pacientes.

A. Aplicabilidade para o SUS, no que se refere à factibilidade de utilização dos resultados da pesquisa nos serviços, programas e/ou sistemas de saúde públicos a curto, médio e longo prazo.

Os usos dispositivos móveis “celulares” no auxílio do diagnóstico do câncer oral em curto prazo irão de permitir aos acadêmicos e profissionais da área de saúde bucal ampliem os seus conhecimentos sobre as doenças. Para os profissionais da área da saúde, disseminação de informações que auxiliem no diagnóstico das doenças por meio de aplicativos móveis é extremamente útil, em virtude, da extensão territorial do Brasil e da concentração dos cursos de Odontologia próximo dos grandes centros, o que não permite que muitos profissionais possam ter auxílio de especialistas para discussão dos seus casos no dia a dia da prática clínica. Essas questões podem influenciar na tomada de decisão mais rápida e no diagnóstico precoce das doenças. Em médio e em longo prazo o resultado terá um impacto positivo para os serviços de saúde, na redução de morbidamente e de custos que seriam despendidos para o tratamento do câncer oral e o mais importante na qualidade de vida do usuário do SUS e da sua família.

B. Potencial impacto e relevância do projeto para a inovação em saúde do país

A utilização de tecnologias no diagnóstico precoce do câncer oral é extremamente importante no auxílio na diminuição dos custos para os serviços de saúde. Estudos têm apontado que a cada ano são maiores os gastos com o tratamento do câncer no Brasil. Informações do Sistema de Informação do Sistema Único de Saúde- DATASUS mostram que no ano de 2022 foram gastos mais de 4 bilhões de reais com o tratamento de paciente oncológico no Brasil (http://tabnet.datasus.gov.br). A criação de novas tecnologias que aproximem profissionais de saúde bucal, não especialistas em estomatologia utilizando apenas o aparelho celular poderá contribuir para aumentar a probabilidade de diagnósticos de casos de câncer oral em seus estágios iniciais.

C. Plano de divulgação e disseminação dos resultados junto às esferas de gestão do SUS

A divulgação dos resultados inicialmente irá ocorrer no município de Pelotas, para a Secretaria Municipal de Saúde e Conselho Municipal de Saúde. Após a discussão nestes dois órgãos os resultados serão apresentados aos 22 municípios pertencentes a 8ª Coordenadoria Regional de Saúde, da qual o município de Pelotas faz parte. Junto a Secretaria Estadual de Saúde será proposta uma metodologia para a apresentação para os Coordenadores Regionais das 19 coordenadorias regionais de saúde do Rio Grande do Sul que abrange os 497 municípios. Após a divulgação dos resultados juntos as esferas de gestão do SUS no Rio Grande do Sul será feito um contato com o Conselho Nacional de Secretários de Saúde – CONASS e o Conselho Nacional de Secretarias Municipais de Saúde – CONASEMS para que a equipe do projeto possa apresentar resultados aos secretários municipais de saúde estaduais e as demais secretarias de saúde municipais do Brasil, respectivamente.



Metodologia

Levantamento de Requisitos e Cocriação de Protótipos

Para o levantamento de requisitos do aplicativo será utilizada a técnica de design thinking metodologia que como uma abordagem que considerada a capacidade para combinar empatia em um contexto do problema a ser resolvido, de forma a colocar o usuário, através das pessoas, no centro do desenvolvimento do projeto. A principal premissa é que, ao entender os métodos e processos que “designers” usam ao criar soluções, indivíduos e organizações são mais capazes de se conectar e revigorar seus processos de criação a fim de elevar o nível de inovação na solução de protótipos e produtos.

Validação dos Protótipos

Utilizando-se da rede de colaboração entre Brasil-Chile e da disciplina UDE II será desenvolvido e realizado um roteiro para teste de usabilidade e de integração. Também será procurado cirurgiões-dentistas (professores e acadêmicos) das universidades envolvidas para trabalhar com o aplicativo.

Projeto de Banco de Dados

A Coleta de Dados

Serão eleitas lesões malignas e potencialmente malignas, como: leucoplasia, leucoeritroplasia, queilite actínica e líquen plano para criação dos roteiros ou scripts dessas doenças. Na elaboração dos roteiros ou scripts das doenças, serão seguidos os seguintes passos:

Será seguida uma ordem lógica de dados: isso facilitará o raciocínio e a memorização dos roteiros das doenças. É muito mais fácil lembrar dos exames a serem pedidos se for entendido bem a fisiopatologia. Serão utilizados tópicos e palavras-chave: eles são muito mais fáceis de guardar do que textos explicativos. Será utilizada como base de dados, a classificação de patologias bucais da Organização Mundial da Saúde (WHO). Serão destacados os itens mais importantes ou que os estudantes ou profissionais de saúde têm maior dificuldade para lembrar. Serão considerados tópicos como: lesão fundamental, cor, superfície, base, delimitação e outras características de cada patologia. No caso da lesão fundamental por exemplo se oferecerá diferentes desenhos com a possibilidade que o usuário possa escolher entre as diferentes opções. O script poderá ser feito em dispositivos como smartphones, tablet e no computador. Por fim, para dar um “boost” nos roteiros ou scripts da doença elaborados para os atendimentos em saúde bucal realizados pelo SUS.

A Organização dos Dados Coletados

Através do aplicativo serão coletadas as informações pessoais do paciente, diagnóstico da patologia bucal com uma foto associada e a associação de pacientes com profissional. O resultado do diagnóstico é dado com base nas respostas recebidas para cada item do script. O profissional também poderá realizar um feedback sobre a solução proposta pelo sistema de apoio à decisão.

No painel administrativo serão importados os dados de scripts e de pacientes existentes. E, também serão criadas funcionalidades para inclusão de novos scripts, fotos de patologias e dados de usuários do sistema.

Para a realização das consultas no banco de dados será disponibilizado uma API capaz de criar planilhas como resultado: Cada planilha irá conter informações sobre sinais, sintomas, localização, cor, entre outras variáveis organizados como palavras-chave e associados com as lesões mencionadas. A mesma API será também capaz de gerar dados no formato adequado para serem utilizadas como sugestões nas caixas de texto no aplicativo. A eleição de cada uma das opções irá direcionando para ao final, oferecer uma maior possibilidade de diagnóstico da patologia bucal. Em cada caso, será apresentada alguma imagem representativa da patologia para posteriormente, sugerir possíveis condutas por parte dos dentistas.

O Relacionamento dos Dados

Para o relacionamento das bases de dados será usado um SGBD (sistema gerenciador de banco de dados) e um sistema coletor básico conectado ao banco que será criado para facilitar a inserção dos relacionamentos. O processo será de forma online e utilizará as informações de saúde bucal dos pacientes.

A Elaboração de Formulário para Coleta de Script

O formulário de auxílio para o relacionamento das causas/sintomas será desenvolvido utilizando o framework Ruby on Rails com suporte das linguagens JavaScript e exibição através de HTML (Hypertext Markup Language). O sistema, através do formulário terá o objetivo de facilitar a correlação dos sinais, sintomas e exames complementares cadastrados no banco de dados com as patologias da boca.

Desenvolvimento das Aplicações nas Múltiplas Plataformas

Esta proposta visa o desenvolvimento de um aplicativo para o diagnóstico de doenças de origem bucal. O sistema de apoio a decisões, chamado AppSaúde. Além disso, será desenvolvido um painel administrativo para gestão das informações. Para realmente entender o que está sendo medido e como as informações serão usadas, o desenvolvedor do aplicativo e do sistema de tomada de decisão devem se inserir no mundo clínico e entender a utilidade do conhecimento. Desta forma, será desenvolvido um MVP (Mínimo Produto Viável) que consiste na primeira versão do sistema.
Considerando a premissa acima os sistemas serão desenvolvidos com base na técnica do SCRUM que torna o desenvolvimento ágil e trás o usuário final para as tomadas a decisão no projeto, fazendo com que o resultado seja atingido satisfatoriamente.

A segurança de dados será tratada com importância, pois pesquisadores e profissionais de saúde têm um receio arraigado de violar as regras de proteção de dados. Dentro do ambiente do NHS, essas regras são mais rigorosas em sua aplicação do que sua escrita. Demonstrar segurança de dados é essencial para obter aprovação ética para qualquer projeto de pesquisa envolvendo dados de pacientes. Para isso desenvolvemos mecanismos de proteção dos dados através de autenticação em dois passos para que usuários bem como o rastreamento de ações dos usuários.

Testes de usabilidade e teste de carga dos sistemas

Procurar cirurgiões-dentistas (professores e acadêmicos) das universidades envolvidas para trabalhar com o aplicativo. Eles poderiam executar seu teste beta como um teste clínico e endossar o aplicativo para seus pacientes e colegas. A realização de testes de usabilidade tem como objetivo observar usuários reais do sistema e, assim, identificar problemas e propor melhorias.
Visando a qualidade das soluções produzidas pelo projeto e a escalabilidade da aplicação em geral, nós implantaremos testes de carga e estresse nos sistemas com o objetivo de identificar, mensurar e tomar medidas para que os sistemas sejam capazes de suportar um número significativo de usuários ao mesmo tempo. Assim o sistema será capaz de atender a um alto pico de requisições sem que a resposta seja lenta, por exemplo.

Incorporar do aplicativo em pesquisa

A pesquisa em saúde é, por sua própria natureza, um processo longo e trabalhoso, no qual o financiamento, se for carregado pela frente e a avaliação de impacto, é medido com atraso. Para o desenvolvedor do aplicativo, isso tem benefícios de sustentabilidade. Um projeto de aplicativo incorporado em um projeto de pesquisa bem custeado pode ter anos de desenvolvimento e testes interativos com uma população cativa de participantes da pesquisa como usuários. Além disso, a incorporação do projeto em um departamento acadêmico de renome pode permitir que o desenvolvedor intermediei parcerias do setor e amplie o projeto inicial.

Entrega do MVP

Entregar aos usuários (professores, acadêmicos e funcionários) envolvidos um MVP do sistema é uma forma de testar eficiência do produto, usabilidade, aceitação, entre outros pontos que estruturam exatamente o problema que o projeto se propõe a resolver.

O MVP será entregue para um grupo de usuários, serão preparados formulários para avaliação da usabilidade do sistema, formulários para observar o uso do sistema por seus usuários. As informações coletadas dos formulários serão analisadas e decisões relacionadas ao aprimoramento do sistema serão planejadas para a próxima versão do MVP.

Aprimoramento do processo de diagnóstico

O processo de diagnóstico será aprimorado a partir do engajamento dos usuários do sistema. O sistema permitirá que o cirurgião-dentista alimente a base de dados com fotos e resultados de exames clínicos dos pacientes. Com o passar do tempo, espera-se ter uma base de dados suficientemente grande para extrair informações e, com o uso de inteligência artificial, será possível identificar padrões em rotinas de diagnósticos que apresentaram um alto grau precisão. Este tipo de informação será útil para aprimorar os scripts, aumentando a acurácia do sistema.

Além disso, a partir das imagens armazenadas no sistema, será desenvolvida uma extensão do aplicativo capaz de realizar o processamento de imagens capturadas por dispositivos móveis, com o intuito de realizar o diagnóstico por imagem.

Desenvolvimento de dispositivos e plugins para auxiliar no diagnóstico, o desenvolvimento de soluções algorítmicas eficientes para imagens médicas tridimensionais e o uso de Big Data para extrair informações de várias bases de dados como a openEHR compõem as ultimas etapas metológicas

Indicadores, Metas e Resultados

Científica:
• Mapeamento de ocorrências de patologias;
• Ferramenta para ensino e treinamento de cirurgiões-dentistas;

Produtos:
• Aplicativo eficaz para o diagnóstico de patologias odontológicas;
• Novos dispositivos para os diagnósticos de patologias por imagem;

Equipe do Projeto

NomeCH SemanalData inicialData final
ADRIANA ETGES1
HENRIQUE PACHECO PERES
RAFAEL GUERRA LUND1

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