gerenciamento de texturas para aplicaÇÕes de … · assim o retardo da doença e em alguns casos...

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Universidade Federal do Rio de Janeiro Escola Politécnica MBA em Governança, Projetos e Serviços de TI (MGPS) O uso da ferramenta Watson na definição dos protocolos quimioterápicos Autor: _________________________________________________ Eliaquim Alves dos Santos Orientador: _________________________________________________ Prof. Edilberto Strauss, Ph.D. Examinador(es): _________________________________________________ Prof. Edilberto Strauss, Ph.D. _________________________________________________ Prof. Flávio Luis de Mello, D. Sc. _________________________________________________ Prof. Manoel Villas Boas Júnior, M. Sc. MGPS Agosto de 2017

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Universidade Federal do Rio de Janeiro

Escola Politécnica

MBA em Governança, Projetos e Serviços de TI

(MGPS)

O uso da ferramenta Watson na definição dos protocolos

quimioterápicos

Autor:

_________________________________________________

Eliaquim Alves dos Santos

Orientador:

_________________________________________________

Prof. Edilberto Strauss, Ph.D.

Examinador(es):

_________________________________________________

Prof. Edilberto Strauss, Ph.D.

_________________________________________________

Prof. Flávio Luis de Mello, D. Sc.

_________________________________________________

Prof. Manoel Villas Boas Júnior, M. Sc.

MGPS

Agosto de 2017

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ii

DEDICATÓRIA

Dedico este trabalho aos meus pais por todo esforço dedicado a minha educação,

a minha esposa que contribuiu de forma significativa para a realização desta pesquisa e

ao meu filho (a) que já é muito amado antes de chegar.

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AGRADECIMENTO

Gostaria de agradecer primeiramente a Deus, por me permitir contribuir de

alguma forma através deste artigo para os profissionais de tecnologia e para os

profissionais de saúde, bem como com os portadores da doença, que lutam

cotidianamente em busca da cura do câncer.

Dedico esta obra também a minha esposa que faz parte deste seleto grupo de

profissionais que dedicam suas vidas em promover em meio a este cenário patológico os

melhores momentos a seus pacientes.

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RESUMO

Este trabalho tem como objetivo, apresentar um estudo baseado na computação

cognitiva aplicada a definição de protócolos quimioterápicos para tratamento de

pacientes com câncer, objetivando um aprimoramento e melhor acertividade na

definição desses protocolos. O câncer é uma doença que vem crescendo nos últimos

anos em rítmo muito acelerado. Observa-se que pelo fato desta aceleração, muitos

individuos portadores desta doença, contam com o cognitivismo natural humano na

definição de seus protocolos. Isto pode interferir de forma negativa para a minimização

da doença e em alguns casos a possibilidade de cura.

Palavras-Chave: Computação Cognitiva; Câncer; Quimioterapia; IBM

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ABSTRACT

This study aims to present a study based on cognitive computation applied to the

definition of chemotherapeutic protocols for the treatment of cancer patients, aiming at

an improvement and better accuracy in the definition of these protocols. Cancer is a

disease that has been growing in recent years in a very fast pace. It is observed that

because of this acceleration, many individuals with this disease rely on natural human

cognitivism in the definition of their protocols. This can interfere in a negative way to

minimize the disease and in some cases the possibility of cure.

Keywords: Cognitive Computing; Cancer; Chemotherapy; Watson; API

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SIGLAS

ADN – Ácido Desoxirribonucléico

API – Application Program Interface

BI – Business Intelligence

DataSUS – Departamento de Informática do Sistema Único de Saúde

IA – Inteligência Artificial

IBM – International Business Machines

INCA – Instituto Nacional de Câncer José Alencar Gomes da Silva

OMS – Organização Mundial da Saúde

Q’s e A’s – Question and Answer (Arquitetura de Perguntas e Respostas)

RCBP – Registros de Câncer de Base Populacional

RHC – Registros Hospitalares de Câncer

SGBD – Sistema Gerenciador de Banco de Dados

SIM – Sistema de Informação sobre Mortalidade

TNM – Sistema de Classificação dos Tumores Malignos

UFRJ – Universidade Federal do Rio de Janeiro

UICC – União Internacional Contra o Câncer

WATSON – FrameWork

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Sumário

Capítulo 1: Introdução .................................................................................................... 1

1.1 – Tema ......................................................................................................................... 1

1.2 – Delimitação ............................................................................................................... 1

1.3 – Justificativa ............................................................................................................... 2

1.4 – Objetivos ................................................................................................................... 3

1.5 – Metodologia .............................................................................................................. 3

1.6 – Descrição ................................................................................................................ 32

Capítulo 2: Embasamento Teórico ................................................................................ 5

2.1 – Revolução Industrial ................................................................................................. 5

2.2 – A Primeira Fase da Revolução Industrial - 1760 à 1860 .......................................... 6

2.3 – Segunda Fase da Revolução Industrial 1860 à 1900 ................................................ 7

2.4 – Terceira Fase da Revolução Industrial – Séculos XX e XXI ................................... 7

2.5 – Computação Cognitiva – Uma Nova Revolução ...................................................... 8

2.6 – O Framework Watson .............................................. Erro! Indicador não definido.

2.7 – A Plataforma Watson e suas API’s......................................................................... 17

2.8 – Watson Analitics .................................................................................................... 17

Capítulo 3: Contextualizando – Câncer e Quimioterapia ......................................... 21

3.1 – Situação do Câncer no Brasil ............................................................................... 217

3.2 – Câncer e seus tipos de tratamento........................................................................... 23

3.2.1 – Cirurgia ............................................................................................................. 26

3.2.2 – Radioterapia ...................................................................................................... 27

3.2.3 – Quimioterapia ................................................................................................... 28

3.2.3.1 – Mecanismos de ação e classificação das drogas antineoplásicas ............... 29

3.2.3.2 – Toxidade dos Quimioterápicos ................................................................... 30

Capítulo 4: Propostas Tecnológicas ............................................................................. 32

4.1 – Proposta 1 ............................................................................................................... 32

4.2 – Proposta 2 ............................................................................................................... 34

Capítulo 5: Resultados Esperados ............................................................................... 37

5.1 – Resultados Esperados.............................................................................................37

5.1.1 – Resultados Esperados - Oncologistas...............................................................37

5.1.2 – Resultados Esperados - Pacientes.....................................................................38

5.1.3 – Resultados Esperados - Instituição...................................................................39

Capítulo 6: Conclusão e Trabalhos Futuros ............................................................... 40

6.1 – Conclusão ............................................................................................................... 40

6.2 – Trabalhos Futuros ................................................................................................... 40

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Bibliografia ..................................................................................................................... 41

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Lista de Figuras

2.1 – Evolução da Técnologia da Informação. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8

2.2 – Arquitetura Inteligência Artificial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

2.3 – Inteligência Artificial. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

2.4 – Arquitetura Computação Cognitiva. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11

2.5 – Deep Q’s e A’s High-Level Architecture. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15

2.6 – API’s do Watson. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.7 – Cinco Tecnologias. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18

2.8 – Watson Analytics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19

2.9 – Arquitetura Watson Analytics. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 20

3.1 – Formação do Câncer. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25

4.1 – Processo de Tomada de Decisão. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33

4.2 – Proposta 1 e 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34

4.3 – Proposta 3 e 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36

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Lista de Tabelas

3.1 – Tipos de Câncer – Homens. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

3.2 – Tipo de Câncer – Mulheres. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22

4.3 – Avaliação da Capacidade Funcional. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35

5.4 – Resultados Esperados Oncologista. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37

5.5 – Resultados Esperados Paciente. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38

5.6 – Resultados Esperados Instituição. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

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1

Capítulo 1

Introdução

1.1 – Tema

Nos últimos anos a necessidade humana por encontrar a cura para doenças que

desafiam a medicina tem sido bastante frequente. Com este enfoque, grandes

especialistas das áreas médicas entenderam que, com o avanço que a tecnologia vem

sofrendo nas últimas décadas, esta pode se configurar como uma grande parceira neste

trabalho cotidiano.

Entendendo a importância de subsidiar profissionais de saúde e da área de

tecnologia com conhecimentos sobre a computação cognitiva e sua influência na

definição de condutas para o tratamento do câncer, este trabalho tem como objetivo

mostrar como a computação cognitiva pode se tornar uma importante ferramenta para

os profissionais de saúde na definição de protocolos quimioterápicos para o cuidado de

individuos com câncer.

Como objeto de estudo tem-se a literatura científica recente sobre o assunto,

bem como materiais desenvolvidos pela própria empresa criadora da ferramenta e

referências de conceitos e definições importantes sobre câncer e quimioterapia. Espera-

se contribuir para a área de assistência de saúde uma vez que enumera as vantagens de

utilização da computação cognitiva no cotidiano do cuidado de pessoas com câncer

além de incentivar o desenvolvimento de novas pesquisas sobre a temática.

1.2 – Delimitação

Esta pesquisa foi desenvolvida a fim de proporcionar ao usuário a visão de uma

poderosa ferramenta de TI que faz uso de uma linguagem cognitiva e análises de dados

estruturados e não estruturados, podendo ser utilizada como uma parceira na definição

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de protocolos quimioterápicos, para pacientes diagnosticados com algum tipo de câncer.

Uma vez diagnosticada a doença, o uso da ferramenta se dará para a melhor forma de

prognóstico, não descartando a análise do oncologista.

1.3 – Justificativa

O mundo está constantemente vivendo desenvolvimento tecnológico e junto

com este desenvolvimento nos deparamos com avanços em tipos de doenças que

desafiam a medicina e a mente humana.

Existem estudos de institutos especializados que apontam para um crescente

número de pessoas nos próximos anos que serão diagnosticadas com algum tipo de

doença crônica.

Quase todos os dias são publicadas matérias em jornais e revistas sobre doenças

em que não existam nenhum tipo de possibilidade de cura. Outras, que apesar de não ter

cura, já apresentam alguma forma de minimizar seus impactos e um possível convívio

com a doença. A partir disto, é possível observar que as pessoas possuem uma maior

preocupação com relação a sua saúde e como sua vida pode ser completamente

modificada após ser diagnósticada com uma doença desta natureza.

Os pacientes que são diagnosticados com este tipo de doença precisam começar

o mais rápido possível o seu tratamento e contar com o melhor diagnóstico. A

computação cognitiva pode contribuir para um definição mais acertiva, garantindo

assim o retardo da doença e em alguns casos o aumento de chance na cura.

Dentro da perspectiva aqui exposta, este estudo apresenta relevância tanto para

organizações que pretendem implementar soluções cognitivas como também para o uso

desta ferramenta no dia a dia.

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1.4 – Objetivos

Identificando esta nova fase que o mundo atual está vivendo, torna-se

conveniente à atenção para a utilização da computação cognitiva no tratamento de

doenças crônicas, um assunto que vem sendo discutido cada vez mais nos últimos anos.

Pesquisas recentes mostram que a mortalidade deste tipo de doença em países

em desenvolvimento pode chegar a 70%. Isso devido a falta de estrutura, demora na

descoberta da doença e aos erros na hora de optar pelo melhor tratamento.

O objetivo deste trabalho consiste em apresentar como a computação cognitiva

pode ser uma verdadeira aliada no combate de doenças crônicas como o câncer.

O Watson possui arquiteturas que são capazes de analisar dados estruturados e

não estruturados, direcionando o médico, por exemplo, a ser mais acertivo em suas

tomadas de decisões através de insights extraídos dos exames de seus pacientes. O guia

possui a finalidade de avaliar dados de exames e o estadiamento da doença para

definição de um protocolo, submetendo o paciente a um tipo de tratamento. Sendo

assim, apresenta-se com objetivos deste trabalho:

Apresentar o conceito de computação cognitiva no framework Watson e suas

evoluções;

Explanar a definição do Framework Watson;

Contextualizar o câncer e quimioterapia;

Analisar os outputs de exames para construção de um melhor protocolo

quimioterápico;

Avaliar critérios para aplicação de quimioterapia;

Desenvolver uma proposta de uso das API’s (Application Programming

Interface) Watson em conjunto com o módulo Watson Analytics na

quimioterapia;

1.5 – Metodologia

Este trabalho utiliza-se de uma revisão bibliográfica, a qual proporciona auxílio

ao leitor sobre o tema discutido. Foram utilizados conteúdos da internet, livros,

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publicações e artigos científicos, embasando os conceitos e aplicações presentes neste

trabalho. A pesquisa foi realizada de maneira empírica afim de reunir referenciais para

embasar um possível uso da ferramenta Watson no cotidiano dos profissionais ligados a

quimioterapia.

1.6 – Descrição

O capítulo 2 apresenta alguns conceitos ligados a revolução industrial dividida

em três fases, além de apresentar o conceito de computação cognitiva, o Framework

Watson, a Arquiterura Deep Q’s and A’s (Arquitetura de Perguntas e Respostas) usada

para o programa de Quiz JEOPARDY em que o Watson foi o ganhador, finalizando

com as mais recentes API’s criadas para atender o mercado.

O capítulo 3 contextualiza a situação do câncer no Brasil, os tipos de tratamento

levando em consideração estadiamento (grau de evolução em que o câncer se encontra)

e a forma de combater a doença. Cirurgia, Radioterapia e Quimioterapia como forma de

tratamento e retardo da doença finalizando assim com as toxicidades aos

quimioterápicos.

O capítulo 4 apresenta como o módulo Watson Analytics em conjunto ou não

com outras API’s (Application Programming Interface) do Watson podem contribuir

através das análises dos dados estruturados (restultados de exames) para a definição de

protocolos quimioterápicos, bem como esta ferramenta pode colaborar para análises

futuras.

Permeando todo o trabalho desenvolvido, o capítulo 5 apresenta os resultados

esperados com o uso da ferramenta e o capítulo 6 discorre sobre a conclusão da

pesquisa e as melhorias que podem ser aplicadas no item trabalhos futuros.

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Capítulo 2

Embasamento Teórico

2.1 – Revolução Industrial

Em meados do século XVIII (ano de 1760), a humanidade presenciou um grande

feito: os processos de criação de obras artesanais, ferro, produtos químicos, eficiência

da energia da água, o uso da energia a vapor e o desenvolvimento das máquinas

ferramentais, além da substituição da madeira pelo carvão, marcam um movimento

conhecido como revolução industrial [1].

Este fenômeno teve seu início na Inglaterra, e segundo especialistas por motivos

óbvios. Foi neste período que a Inglaterra era o país que possuía uma rica burguesia,

que acarretava a maior zona de livre comércio da Europa, além de ser a mais

frequentada [2].

Como se não bastassem esses benefícios, o êxodo rural e a localização

privilegiada junto ao mar também foram fatores que contribuíram para exploração dos

mercados ultramarinos [1].

Até o final do século XVIII a maioria da população europeia vivia do campo e

produzia o que consumia. De maneira artesanal, era o produtor que dominava todo o

processo produtivo frequentada [1].

Segundo Robert e Lucas Jr [3] (apud Beaudreau [2]) a Revolução Industrial foi a

responsável por atingir todos os aspectos da vida cotidiana da época e teve sua essência

dividida em três etapas. A Primeira etapa da Revolução Industrial - entre 1760 a 1860,

A Segunda Etapa da Revolução Industrial - período de 1860 a 1900 e A Terceira Etapa

da Revolução Industrial - século XX e XXI.

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2.2 – A Primeira Fase da Revolução Industrial - 1760 à 1860

Marcada pela invenção e o uso de novos sistemas de transportes, esta primeira

fase ficou conhecida pela transição do sistema de produção artesanal para o

industrial. Foi neste período em que mais se destaca o investimento em

desenvolvimento de diversas máquinas [4].

Dois pontos foram os fatores primordiais para o marco desta primeira fase: a

transformação no setor produtivo e a reviravolta na forma de transporte das mercadorias

[1].

Com o avanço e investimentos em estudos, a ciência descobre o carvão como

uma grande utilidade na área de energia. Não demorou muito para que o grandes

empresários passassem a olhar este mineral como fonte de renda [2].

Com a atenção voltada a este componente, surgem neste mercado competitivo a

máquina à vapor e a locomotiva.

Esses novos equipamentos aparecem como um grande aliado no transporte de

matéria prima, pessoas e mercadorias, dando inicio também a uma forma diferente de

exportação, até então feita de forma bem manual [2].

Freitas [5] ressalta que a produção têxtil avança de forma avassaladora com a

exploração da máquina à vapor e consequentemente a uma nova disputa de mercado

entre as grandes potências. Tal avanço no parque industrial culmina com a migração de

diversos trabalhadores rurais, que viviam no campo, para as grandes cidades.

O acelerado êxodo rural provocou expressivo crescimento dos centros urbanos

em grande parte das nações européias que integravam a revolução. Por conta desta

migração, algumas cidades da Europa aumentaram três vezes o número de sua

população em meio século [5].

O crescimento da população colaborou para algumas mudanças drásticas dos

grandes centros urbanos, que por sua vez não possuíam estruturas para receber os

trabalhadores rurais [5].

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2.3 – Segunda Fase da Revolução Industrial 1860 à 1900

Com a primeira fase da revolução industrial, a corrida crescente por mais

tecnologia tornou-se comum entre os países. O primeiro modelo passou por

transformações que visavam o aprimoramento e a busca por maiores resultados.

De acordo com Beaudreau [2], essa nova etapa ficou marcada pelo emprego da

energia elétrica, o uso do motor a explosão, os corantes sintéticos e a invenção do

telégrafo. Esses componentes por sua vez estimularam a exploração de novos mercados

e a aceleração do ritmo industrial.

Neste mesmo período o ramo de pesquisas sofre um crescimento significativo.

Cientistas passam a debruçar-se na elaboração de equipamentos capazes cada vez mais

de produzir/fabricar produtos em menor tempo possível, alavancando a produção dos

setores industriais.

2.4 – Terceira Fase da Revolução Industrial – Séculos XX e XXI

A terceira etapa da revolução industrial teve também como seu protagonista os

Estados Unidos da América, e alcançou força durante o término da Segunda Guerra

Mundial – basicamente em meados do século XX. Durante este período surgem diversas

fontes de energia, como exemplo a nuclear (destaque para utilização desta fonte até a

presente data) [6].

Foi também durante este período que o desenvolvimento de computadores

ganhou destaque. Empresas e governo investindo pesado neste ramo. Com o

crescimento econômico, o Japão e a Alemanha ganham espaço como potências

econômicas na segunda metade do século XX. As leis trabalhistas também ganham

enfoque, bem como o fortalecimento do sistema capitalista. Na área médica ressalta-se

o desenvolvimento da genética e da biotecnologia possibilitando o desenvolvimento das

indústrias farmacêuticas [2]

Após a Guerra Fria surge a globalização, trazendo um novo cenário nas relações

econômicas e nas formas de industrialização. Neste momento a internet foi

desenvolvida pelo Estados Unidos e com o papel de manter uma forma de comunicação

mesmo em momentos de guerra, alavancou o comércio e as finanças [2].

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Em contrapartida, com todas estas alterações tanto na economia, quanto na

tecnologia, a utilização dos robôs industriais crescem de forma assustadora, e se faz

notório uma diminuição no emprego de mão de obra humana, substituindo as tarefas

braçais pela robótica.

2.5 – Computação Cognitiva no Watson

Após o término da terceira fase da revolução industrial, a tecnologia foi cada vez

mais se destacando com criações em todos os setores, máquinas inteiras substituindo a

força de trabalho humana, até para tarefas que ao século passado era impossível [7].

Diante deste cenário de mudanças e evoluções, alguns especialistas defendem a

idéia de que a computação cognitiva seria a mais nova fase desta revolução apesar de

ser um termo ainda pouco conhecido no mundo, mas que surge como uma nova forma

de pensar e aparece neste cenário como uma nova tendência [7].

A seguir, a Figura 2.1 representa graficamente a linha do tempo com a evolução

da tecnologia da informação.

linha do tempo | evolução da tecnologia da informação

Com o surgimento desta nova era, o tratamento da informação foi dividido em três fases

Figura 2.1 - Evolução da Tecnologia da Informação

Fonte: Gandour/IBM [7].

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A definição de computação cognitiva foi desenvolvida em meados de 2014 por

um grupo interdisciplinar de especialistas da BA-Insight, Babson College, Basis

Technology, Cognitive Scale, CustomerMatrix, Decision Resources, Ektron, Google,

HP Autonomy, IBM, Microsoft / Bing Next Next Research, Oracle, Pivotal, SAS.

Saxena Foundation, Synthexis e Textwise / IP.com. Este projeto foi liderado por Sue

Feldman na Synthexis e Hadley Reynolds da NextEra Research. Foi patrocinado pela

CustomerMatrix, HP Autonomy e IBM. O objetivo do projeto era definir como a

computação cognitiva difere da computação tradicional e fornecer uma definição não

proprietária de computação cognitiva que poderia ser usada como referência pela

indústria de TI, pesquisadores, mídia, usuários de tecnologia e compradores [8].

Muita coisa tem sido publicada na mídia sobre o termo computação cognitiva,

porém ainda existe muito desconhecimento sobre o que realmente a computação

cognitiva pode fazer e como funciona. Então, antes de mais nada, se faz necessário

explanar três conceitos que se confundem, no senso comum, com a computação

cognitiva. São eles: inteligência artificial, aprendizagem de máquina e sistemas

especialistas [8].

A Inteligência Artificial (IA) é uma área da ciência que tem como objetivo

utilizar as máquinas para executarem tarefas humanas de forma autônoma e se

desenvolveu em vários ramos, como a robótica, a aprendizagem de máquina, os

sistemas especialistas, o processamento de linguagem natural, o reconhecimento de voz,

o reconhecimento de visão, a computação neural e a otimização matemática [9].

Figura 2.2 – Arquitetura Inteligência Artificial

Fonte: FAP/FAP[10].

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Aprendizagem de máquina é a habilidade que os sistemas computadorizados tem

de melhorar seu entendimento e desempenho por meio de modelos matemáticos e

descoberta de padrões de dados, e usá-los para fazer predição e aprender com isso, sem

que tenha sido previamente configurado [9].

Sistemas especialistas simulam o raciocínio de um profissional expert em

alguma área de conhecimento bem específica, usando inferência para resolver os

problemas relacionados a um domínio específico. Utilizam regras heurísticas da mesma

forma que nós humanos. Por isso o papel do especialista é fundamental para

desenvolver esses sistemas [9].

Figura 2.3 – Inteligência Artificial

Fonte: EnterraSolutions/ES[11].

Com a expansão da Internet, a partir do ano 2000, e o surgimento de inúmeras

soluções e serviços, um grande volume de dados estruturados e não-estruturados e em

formato de aúdio e imagem foi gerado, criando uma nova classe de problemas

relacionados à interpretação de dados não estruturados que até então esses sistemas

programáveis não conseguiam resolver. Era necessária uma nova tecnologia que

pudesse resolver esses problemas complexos, dinâmicos, com certa dose de incerteza e

ambiguidade, e que conseguisse ao mesmo tempo tratar essa massa exponencial de

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11

dados. E ainda deveriam ser especialistas e aprenderem por conta própria. Daí surge a

computação cognitiva [12].

Esta tem o intuito de abordar uma gama de tecnologias de IA, como

processamento de linguagem natural, geração de hipóteses baseadas em evidências,

aprendizado de máquina e dezenas de outros algoritmos e tecnologias que analisam as

evidências em diferentes dimensões como tema, popularidade, confiabilidade da fonte

de informação, entre outras, em especial no tratamento de grande volume de dados [12].

Apesar de não haver consenso sobre uma definição formal e clara do que é a

computação cognitiva, pode-se considerar que é a computação voltada à geração de

conhecimento baseado na interpretação e extração de significado dos dados,

primariamente não-estruturados, os quais seriam muito difíceis de serem tratados por

meio dos sistemas programáveis tradicionais [13].

A computação cognitiva torna passível de linguagem de informática uma nova

classe de problemas. Aborda situações complexas caracterizadas por ambiguidades e

incertezas; Em outras palavras, lida com tipos humanos de problemas [12].

Figura 2.4 – Arquitetura Computação Cognitiva

Fonte: IBM/IBM[14].

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12

Exponencialmente o crescimento de dados, seja ele estruturado ou

desestruturado é um desafio para seus usuários. A tratativa desses dados, de forma a

remover o que realmente é útil para o negócio aponta para a necessidade de uso da

congnição [7].

Nessas situações dinâmicas, ricas em informações e mudanças, os dados tendem

a mudar com frequência, e muitas vezes é conflitante. Os objetivos dos usuários

evoluem à medida que aprendem mais e redefinem seus objetivos. Para responder à

natureza fluida da compreensão dos usuários sobre seus problemas, o sistema de

computação cognitiva oferece uma síntese não apenas de fontes de informação, mas de

influências, contextos e insights.

De acordo com Fábio Gandour, cientista-chefe da IBM Brasil [7], a Computação

Cognitiva traz uma tecnologia capaz de processar informações e de aprender com elas

de forma muito semelhante ao cérebro humano, sem que precise ser programada. Se

existe algo mais importante que o conhecimento, é saber como usar esse conhecimento

[8].

Os sistemas de computação cognitiva tornam o contexto “computável”. Eles

identificam e extraem recursos de contexto como hora, local, tarefa, histórico ou perfil

para apresentar um conjunto de informações apropriado para um indivíduo ou para um

aplicativo dependente envolvido em um processo específico, em uma hora e local

específicos. Eles fornecem serendipidade auxiliada por máquinas através de coleções

maciças de informações diversas para encontrar padrões e, em seguida, aplicar esses

padrões para responder às necessidades do momento [8] - grifo nosso.

Estes sistemas ainda são capazes de redefinir a natureza da relação entre as

pessoas e seu ambiente digital cada vez mais penetrante. Eles podem desempenhar o

papel de assistente ou treinador para o usuário, e eles podem agir de forma praticamente

autônoma em muitas situações de resolução de problemas [8].

Para alcançar esse novo nível de computação, os sistemas cognitivos devem

possuir as seguintes características:

Adaptável - devem aprender à medida que a informação muda, as metas e os

requisitos evoluem. Eles devem resolver a ambiguidade e tolerar a imprevisibilidade.

Eles devem ser projetados para alimentar dados dinâmicos em tempo real ou perto do

tempo real [13].

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13

Interativo - devem interagir facilmente com os usuários para que esses usuários

possam definir suas necessidades confortavelmente. Eles também podem interagir com

outros processadores, dispositivos e serviços em nuvem, bem como com pessoas [13].

Interativo e com estado - devem auxiliar na definição de um problema, fazendo

perguntas ou encontrando entradas de fontes adicionais se uma declaração de problema

ambígua ou incompleta. Eles devem "lembrar" as interações anteriores em um processo

e retornar informações adequadas para a aplicação específica [13].

Contextual - devem entender, identificar e extrair elementos contextuais como

significado, sintaxe, tempo, localização, domínio apropriado, regulamentos, perfil do

usuário, processo, tarefa e objetivo. Eles podem recorrer a múltiplas fontes de

informação, incluindo informações digitais estruturadas e não estruturadas, bem como

entradas sensoriais (visual, gestual, auditiva ou com sensor) [13].

Além desses princípios, os sistemas de computação cognitiva podem ser

estendidos para incluir ferramentas e tecnologias adicionais. Eles podem integrar ou

alavancar sistemas de informação existentes e adicionar interfaces e ferramentas

específicas de domínio ou tarefa conforme necessário [13].

Diante deste cenário, surge o questionamento de como é possivel o treinamento

de um sistema cognitivo.

Inicialmente é necessário selecionar o domínio (assunto) e o conteúdo

apropriado dentro daquele domínio, também conhecido como corpus. Para gerar o

conteúdo apropriado, é necessário envolver os especialistas sobre o domínio que se

deseja ensinar a um sistema cognitivo. A razão pela qual o ser humano tem um papel

importante nesse processo é porque sistemas cognitivos se tornam inteligentes com o

tempo e com dados relevantes [8].

O ser humano é colocado para selecionar e tratar a informação que vai,

posteriormente, ser utilizada pelo sistema como evidência de suas conclusões. Uma vez

que os dados são carregados, é necessário treinar o sistema. O treinamento inicial se

resume ao fornecimento de amostras, onde se indica ao sistema o que é mais relevante,

baseado na forma como as pessoas vão utilizar o sistema inteligente, como por exemplo

ensinar ao sistema como as pessoas questionam sobre cartão de crédito e apontar

referências mais relevantes presentes em seu corpus [8].

Esse treinamento também pode ser feito baseado em um histórico positivo,

como é o caso de diagnósticos médicos, onde é possível utilizar os resultados positivos

como um conjunto de treinamentos. Com esse conjunto, os sistemas cognitivos

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14

conseguem assimilar de forma estatística o motivo de um determinado dado ser mais ou

menos relevante, utilizando seu corpus como base de evidências e melhorando com o

tempo por meio do feedback positivo ou negativo durante a utilização do sistema [8].

2.6 – O Framework Watson

A IBM, uma das pioneiras quando o assunto é computação cognitiva, em 2011

provou para o mundo todo a capacidade de um computador: O Watson

(supercomputador IBM) venceu os dois últimos ganhadores do JEOPARDY, um

conhecido programa de TV exibido nos Estados Unidos há mais de 25 anos, composto

por três participantes, em uma competição que exige responder a questões ricas em

linguagem natural em um domínio muito amplo de tópicos, com penalidades por

respostas erradas. A natureza da competição de três pessoas é tal que a confiança, a

precisão e a velocidade de resposta são de importância crítica, com aproximadamente 3

segundos para responder a cada pergunta [8].

Um sistema informático que poderia competir em níveis de campeão humano

neste jogo precisaria produzir respostas exatas para questões de linguagem natural,

muitas vezes complexas, com alta precisão e rapidez e com confiabilidade em suas

respostas, de modo que ele pudesse responder cerca de 70% das perguntas em 3

segundos ou menos [8].

Nascia neste momento a computação cognitiva. Apesar de todo o impacto de

mídia causado pelo Jeopardy ter sido percebido globalmente mais como outro desafio

tecnológico entre homens e máquinas, a possibilidade de gerar conhecimento por meio

de outro modelo de cognição (ato de adquirir conhecimento) marca o inicio de uma

nova era no mundo da Tecnologia da Informação (TI).

Usado para o programa JEOPARDY, a arquiterura de alto nível do sistema

“Deep Q’S & A’S” consiste em alguns passos importantes.

O primeiro passo importante para qualquer aplicação do Deep Q’s e A’s para

resolver um problema é a aquisição de conteúdo, ou identificar e reunir o conteúdo

necessário para usar nas fontes de resposta [15].

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15

Figura 2.5 - Deep Q’s e A’s High-Level Architecture Fonte: IBM/IBM WATSON [5].

Usando elementos de uma área de TI denominada aprendizado de máquina, ou

seja, capacidade de incluir processamento semântico, é possível fazer com que um

computador seja capaz de manipular um texto e extrair dele respostas e perguntas

específicas. Exatamente como faria um ser humano [15].

É importante que este texto siga uma estrutura mínima, capaz de conter certas

marcações, corpus ou domínios, nome conhecido para esta estrutura de frases,

facilitando a identificação por parte da máquina de alguns pontos chaves [7].

O Watson contem uma base de dados gigantesca e é capaz de ler diversos

artigos, revistas, livros, leis, laudos, diagnósticos e etc., em milésimos de segundo. Com

base em todas essas informações, ele é capaz de responder perguntas [8].

Mas é importante atentar para uma importantissíma informação. O Watson

precisa ser treinado em um corpus, ou seja, um domínio, palavras, frases, perguntas,

respostas, dentro de um contexto que façam ele entender o input e o output de uma

"conversa" [12 ] (grifo do autor).

A partir de um dicionário prático (corpus) como base, Deep Q’s and A’s

(Arquitetura do sistema) aplica-se o dicionário. Funciona como uma criança que está em

fase de crescimento e expansão do seu vocabulário.

Este processo consiste em 4 passos:

1) Identificar documentos básicos e trazer documentos adicionais via internet;

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16

2) Extrair pedaços dos documentos relacionados (para prover contexto);

3) Classificar pedaços dos documentos baseados em quão informativos eles são

em relação a documentação básica;

4) Expandir o dicionário/vocabulário com essa informação relevante [15].

O próprio sistema ao vivo usa este corpus expandido e não tem acesso à internet

durante a reprodução. Além do conteúdo das fontes de resposta e provas, o Deep Q’s e

A’s aproveita outros tipos de conteúdo estruturado e semi-estruturado.

De acordo com Miller [14], outro passo no processo de aquisição de conteúdo é

identificar e coletar esses recursos, que incluem bancos de dados, taxonomias e

ontologias, como dbPedia, 7 WordNet [15].

O primeiro passo no processo de resposta às questões de tempo de execução é a

análise de perguntas. Durante a análise de perguntas, o sistema tenta entender a que

cada pergunta está relacionada e realiza as análises iniciais que determinam como a

questão será processada pelo resto do sistema. Ele é capaz de ponderar informações de

diversas fontes, fornecer o racional para a formulação de hipóteses e atribuir níveis de

confiança [7].

De acordo com McCord [14], a abordagem Deep Q’s e A’s encoraja uma

mistura de especialistas nesta fase e, no sistema Watson, são produzidas análises

superficiais, análises profundas, formas lógicas, rótulos de função semântica,

coreferências, relações, entidades nomeadas, etc., bem como tipos específicos de análise

para a resposta das perguntas. A maioria dessas tecnologias é bem compreendida e não

é discutida aqui, mas algumas exigem alguma elaboração [15].

Este supercomputador foi produzido por 70.000 desenvolvedores, 28 sistemas,

50 tecnologias e 350 parceiras para processamento avançado de linguagem natural,

recuperação de informação, representação de conhecimento, raciocínio automatizado e

tecnologias de aprendizado de máquinas [7].

“A complexidade do mundo em termos de variedade de opções nos coloca num

momento em que precisamos de uma máquina para apoiar nossas decisões”, diz

Gandour, que afirma estarmos entrando numa nova era. “Antes, a computação era capaz

apenas de produzir e distribuir conhecimento. Agora, ela não só dá o conhecimento,

mas também formas inteligentes de usá-lo” [8].

O Watson que competiu no JEOPARDY em 2011 foi o único supercomputador

já construído que contou com a composição de uma Arquitetura Q’s & A’s em cinco

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17

tecnologias subjacentes (Natural Language Processing, Machine Learning, Question

Analysis, Feature Engineering e Ontology Analysis) [16].

Neste programa o Watson foi treinado em todos os domínios abordados e

trabalhando dentro desses domínios, foi capaz de produzir insights com as informações

gravadas em memória, onde através de comparações existentes optou pelas melhores

respostas.

2.7 – A Plataforma Watson e suas API’s

Após o sucesso alcançado pelo Watson, com a vitória no programa JEOPARDY,

o Watson que fazia uso de uma única API (Answer and Questions) e um conjunto de

cinco tecnologias (Natural Language Processing, Machine Learning, Question Analysis,

Feature Engineering e Ontology Analysis), para conduzir a capacidade de Q & A de

linguagem natural de domínio aberto, passou por uma evolução e cresceu para uma

familia de 28 API’s.

Define-se como API (Application Programming Interface) Watson, partes de

código de software que fornecem um conjunto de especificações técnicas para interagir

eficientemente e, em última análise, integrar aplicativos e sistemas de negócios [17].

Figura 2.6 – API’s do Watson Fonte: IBM/ IBM WATSON [6].

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18

Atualmente o Watson conta com uma gama de mais de 50 API’s suportando

todo tipo de negócio. Essas API’s por sua vez estão sendo apoiadas por mais de 50

tecnologias, tais como: Linguistic Analysis, Logical Reasoning Analysis, Logistical

Regression, Machine Learning, including, Deep Learning, Multi–Dimensional

Clustering, Multilingual training, n–Gram Analysis (word combinations & distance),

Ontology Analysis, Pareto Analysis, Passage Answering, PDF Conversion, Phoneme

Aggregation, Question Analysis, Question–answering, Reasoning Strategies, Recursive

Neural Networks, Rules Processing, Scalable Search, Similarity Analytics, Statistical

Visual Analysis, Visual Rendering, Voice Synthesis [8].

Após a vitória do Watson no programa JEOPARDY, est solução foi

disponibilizada em nuvem com todas API’s existentes com diversos serviços, tais como:

Reconhecimento de imagem, Conversão de voz para textos, Conversão de Textos para

Voz, Capacidade de identificar personalidade, Detectar sentimentos, etc.

Essas tecnologias estão espalhadas por cinco campos de estudo:

Figura 2.7. – Cinco Tecnologias IBM/IBM WATSON [6].

Cada API é capaz de realizar uma tarefa diferente, de reconhecer o viés na

linguagem e coletar informações em relatórios de notícias. Em combinação, essas APIs

podem ser adaptadas para resolver qualquer tipo de problemas de negócios ou criar

experiências profundamente envolventes [8].

2.8 – Watson Analytics

Diante de diversos módulos e API’s, o Watson Analytics é um dos módulos que

apresenta um grande destaque nas análises de dados estruturados. Este módulo é capaz

de analisar exploração e descobertas de dados, análise preditiva de dados guiados, exibir

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19

dados estuturados de forma fácil, visual e inteligente, além de contribuir com criação de

Dashboard, virtualização de dados, emissão de relatórios e storytelling.

Figura 2.8 – Watson Anaytics Fonte: IBM/IBM WATSON [18].

Esta ferramenta utiliza linguagem natural e combinação semântica dos dados e foi

desenvolvida pela IBM. Sua estrutura utiliza a chamada tecnologia cognitiva, forma

mais avançada de Inteligência Artificial. Assim como um aluno brilhante, ela é capaz de

aprender continuamente a partir das informações que analisa [19].

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20

Figura 2.9 – Arquitetura Watson Anaytics Fonte: IBM/IBM WATSON [18].

O Watson Analytics possui 3 principais funcionalidades, são elas:

Data – Utilizada para conexões através de banco de dados ou uploads através

de planilhas ou relatórios Business Intelligence (BI).

Discover – Onde é possível visualizar todos os insights, realizar descobertas

através de combinações de dados.

Display – Onde são produzidas visualizações dos dados, criações de

dashboards além de inclusão de históricos de dados [20].

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21

Capítulo 3

Contextualizando – Câncer e

Quimioterapia

3.1 - Situação do Câncer no Brasil

De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), o câncer é considerado

um problema de saúde pública, especialmente entre os países em desenvolvimento,

onde é esperado que, nas próximas décadas, o impacto do câncer na população

corresponda a 80% dos mais de 20 milhões de casos novos estimados para 2025 [21].

No Brasil, os Registros de Câncer de Base Populacional (RCBP) fornecem

informações sobre o impacto do câncer nas comunidades, configurando-se uma

condição necessária para o planejamento e a avaliação das ações de prevenção e

controle de câncer. Em conjunto com os Registros Hospitalares de Câncer (RHC) e com

o Sistema de Informação sobre Mortalidade (SIM) do Departamento de Informática do

Sistema Único de Saúde (DataSUS), formam o eixo estruturante para a vigilância de

câncer e para o desenvolvimento de pesquisas em áreas afins [21].

Uma estimativa mundial realizada em 2012, apontou que, dos 14 milhões de

casos novos estimados, mais de 60% ocorreram em países em desenvolvimento.

Quando se analisa a mortalidade, a situação agrava-se quando se constata que, dos 8

milhões de óbitos previstos, 70% ocorreram nesses mesmos países [22].

Os tipos de câncer mais incidentes no mundo foram pulmão (1,8 milhão), mama

(1,7 milhão), intestino (1,4 milhão) e próstata (1,1 milhão). Nos homens, os mais

frequentes foram pulmão (16,7%), próstata (15,0%), intestino (10,0%), estômago

(8,5%) e fígado (7,5%). Em mulheres, as maiores frequências encontradas foram mama

(25,2%), intestino (9,2%), pulmão (8,7%), colo do útero (7,9%) e estômago (4,8%) [21].

É possível observar a existência de um perfil da magnitude de determinados tipos

de câncer em países em desenvolvimento que se assemelha ao perfil em países

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desenvolvidos, principalmente com relação aos cânceres de próstata, mama e intestino;

entretanto, ainda persistem os cânceres relacionados com condições socioeconômicas

menos favoráveis, como o do colo do útero e o do estômago [22].

Tabela 1 – Tipos de Câncer - Homens

Fonte: INCA [22].

Tabela 2 – Tipos de Câncer – Mulheres

Fonte: INCA [22].

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23

A estimativa para o Brasil, no biênio 2016-2017, é de que ocorrerão cerca de 600

mil casos novos de câncer. Excluindo o câncer de pele não melanoma

(aproximadamente 180 mil casos novos), espera-se a ocorrência de cerca de 420 mil

casos novos de câncer. O perfil epidemiológico observado assemelha-se ao da América

Latina e do Caribe, onde os cânceres de próstata (61 mil) em homens e mama (58 mil)

em mulheres serão os mais frequentes. Sem contar os casos de câncer de pele não

melanoma, os tipos mais frequentes em homens serão próstata (28,6%), pulmão (8,1%),

intestino (7,8%), estômago (6,0%) e cavidade oral (5,2%). Nas mulheres, os cânceres de

mama (28,1%), intestino (8,6%), colo do útero (7,9%), pulmão (5,3%) e estômago

(3,7%) figurarão entre os principais [21].

O monitoramento da morbimortalidade por câncer deve cada vez mais se fazer

presente na rotina da gestão da saúde de modo a tornar-se instrumento essencial para o

estabelecimento de ações de prevenção e controle do câncer e de seus fatores de risco.

Esse monitoramento engloba a supervisão e a avaliação de programas, como ações

necessárias para o conhecimento da situação e do impacto no perfil de

morbimortalidade da população, bem como a manutenção de um sistema de vigilância

com informações oportunas e de qualidade que subsidie análises epidemiológicas para

as tomadas de decisões [21].

3.2 - Câncer e seus tipos de tratamento

Em condições normais, as células de todo organismo vivo coexistem em perfeita

harmonia citológica, histológica e funcional, possibilitando a manutenção da vida. De

acordo com suas características morfológicas e funcionais, determinadas pelos seus

próprios códigos genéticos, e com sua especificidade, as células estão agrupadas em

tecidos, os quais formam os órgãos [23].

Os mecanismos que regulam o contato e a permanência de uma célula ao lado de

outra, bem como os de controle do seu crescimento, ainda são considerados uma das

áreas menos conhecidas da biologia. Sabe-se que o contato e a permanência de uma

célula junto à outra são controlados por substâncias intracitoplasmáticas, mas ainda é

pouco compreendido o mecanismo que mantém as células normais agregadas em

tecidos. Ao que parece, elas se reconhecem umas às outras por processos de superfície,

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24

os quais ditam que células semelhantes permaneçam juntas e que determinadas células

interajam para executarem determinada função orgânica [23].

O crescimento celular responde às necessidades específicas do corpo e é um

processo cuidadosamente regulado. Esse crescimento envolve o aumento da massa

celular, duplicação do ácido desoxirribonucléico (ADN) e divisão física da célula em

duas células filhas idênticas (mitose). Tais eventos se processam por meio de fases

conhecidas como G1 - S - G2 - M, que integram o ciclo celular [24].

Nas células normais, restrições à mitose são impostas por estímulos reguladores

que agem sobre a superfície celular, os quais podem resultar tanto do contato com as

demais células como da redução na produção ou disponibilidade de certos fatores de

crescimento. Fatores celulares específicos parecem ser essenciais para o crescimento

celular, mas poucos deles são realmente conhecidos [24].

Fatores de crescimento e hormônios, de alguma forma, estimulam as células

para se dividir. Entretanto, eles não têm valor nutriente para as células nem

desempenham um papel conhecido no metabolismo. Presumivelmente, apenas sua

capacidade de ligar-se a receptores específicos de superfície celular os capacita a

controlar os processos celulares [23].

O mecanismo de controle do crescimento celular parece estar na dependência de

fatores estimulantes e inibidores, e, normalmente, ele estaria em equilíbrio até o

surgimento de um estímulo de crescimento efetivo, sem ativação do mecanismo

inibidor. Tal estímulo ocorre quando há exigências especiais como, por exemplo, para

reparo de uma alteração tissular. As células sobreviventes se multiplicam até que o

tecido se recomponha e, a partir daí, quando ficam em íntimo contato umas com as

outras, o processo é paralisado (inibição por contato) [23].

Em algumas ocasiões, entretanto, ocorre uma ruptura dos mecanismos

reguladores da multiplicação celular e, sem que seja necessário ao tecido, uma célula

começa a crescer e dividir-se desordenadamente. Pode resultar daí um clone de células

descendentes, herdeiras dessa propensão ao crescimento e divisão anômalos, insensíveis

aos mecanismos reguladores normais, que resulta na formação do que se chama tumor

ou neoplasia, que pode ser benigna ou maligna. A carcinogênese refere-se ao

desenvolvimento de tumores malignos, estudada com base nos fatores e mecanismos a

ela relacionados [23].

O processo de formação do câncer, denominado carcinogênese ou oncogênese,

de maneira geral acontece lentamente, podendo levar vários anos para que uma célula

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cancerosa se prolifere e dê origem a um tumor perceptível. Os efeitos cumulativos de

diferentes agentes cancerígenos ou carcinógenos são os responsáveis pelo início,

promoção, progressão e inibição do tumor.

Figura 3.1 – Formação do Câncer Fonte: INCA/INCA [24].

A carcinogênese é determinada pela exposição a esses agentes, em uma dada

frequência e período de tempo, e pela interação entre eles. Devem ser consideradas, no

entanto, as características individuais, que facilitam ou dificultam a instalação do dano

celular [24].

Esse processo é composto por três estágios:

• Estágio de iniciação, no qual os genes sofrem ação dos agentes cancerígenos.

• Estágio de promoção, no qual os agentes oncopromotores atuam na célula já alterada.

• Estágio de progressão, caracterizado pela multiplicação descontrolada e irreversível da

célula [24].

Uma vez observada a formação de um câncer e realizado seu diagnóstico

(geralmente por métodos de biópsia que vão variar de acordo com o tipo de câncer a ser

estudado), é necessária a determinação do estágio em que a doença se encontra para

determinar qual será a intervenção a ser aplicada.

O método utilizado para essa classificação é chamado de estadiamento e sua

importância está na constatação de que a evolução da doença é diferente quando a

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mesma está restrita ao órgão de origem ou quando se estende a outros órgãos. O

estadiamento pode ser clínico ou patológico [24].

Estadiar um caso de neoplasia maligna significa avaliar o seu grau de

disseminação. Para tal, há regras internacionalmente estabelecidas, que estão em

constante aperfeiçoamento. Essa classificação permite ao médico especialista em

oncologia propor o tratamento mais adequado para cada paciente, uma vez que dois

pacientes, com o mesmo tipo de câncer, mas com estadiamentos diferentes, podem ter

diferentes propostas de tratamento [24].

O sistema de estadiamento mais utilizado é o preconizado pela União

Internacional Contra o Câncer (UICC), denominado Sistema TNM de Classificação dos

Tumores Malignos. Esse sistema baseia-se na extensão anatômica da doença, levando

em conta as características do tumor primário (T), as características dos linfonodos das

cadeias de drenagem linfática do órgão em que o tumor se localiza (N) e a presença ou

ausência de metástase a distância (M). Esses parâmetros recebem graduações,

geralmente de T0 a T4; N0 a N3; e de M0 a M1, respectivamente [25].

Com a determinação do estadiamento da doença é possivel planejar o (ou os)

tratamento mais adequado para cura ou controle da neoplasia.

As principais metas do tratamento são: cura, prolongamento da vida útil e

melhora da qualidade de vida. Existem tratamentos curativos para um terço dos casos de

câncer, particularmente para os cânceres de mama, colo do útero, cavidade oral e cólon,

quando são detectados precocemente e tratados de acordo com as melhores práticas

clínicas [24].

Existem três formas principais de tratamento do câncer: cirurgia, radioterapia e

quimioterapia. Elas podem ser usadas em conjunto, variando apenas quanto à

suscetibilidade dos tumores a cada uma das modalidades terapêuticas e à melhor

sequência de sua administração. Atualmente, a maioria das neoplasias malignas são

tratadas com mais de uma modalidade terapêutica [23].

3.2.1 - Cirurgia

O câncer, em sua fase inicial, pode ser controlado e curado cirurgicamente,

quando o tratamento cirúrgico é o indicado para o caso. A cirurgia foi o primeiro

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tratamento que alterou significativamente o curso da doença neoplásica e, até hoje, é um

dos principais métodos utilizados, sendo ainda muito importante no arsenal terapêutico

dos tumores malignos. Pode ser realizada com finalidade diagnóstica, preventiva,

curativa ou paliativa [23].

Estima-se que cerca de 60% de todos os pacientes portadores de câncer

necessitem de cirurgia para o seu tratamento. Quase todos são submetidos a algum tipo

de procedimento cirúrgico para diagnóstico (como a biópsia) ou estadiamento da

doença. De um modo geral, os tumores de crescimento lento são os melhores candidatos

à cirurgia e a cirurgia inicial para câncer tem maior chance de cura do que a cirurgia

para recidivas [23].

O planejamento cirúrgico deve incluir todos os cuidados referentes aos

princípios gerais da cirurgia e ao preparo do paciente e de seus familiares sobre as

alterações fisiológicas e mutilações que poderão advir do tratamento [23].

O advento da quimioterapia e novas técnicas de radioterapia vieram a contribuir

para o tratamento da doença microscópica (invisível a olho nu), o que permitiu, nos

últimos anos, uma nova abordagem na extensão da cirurgia para o câncer. Por exemplo,

no tratamento do câncer de mama, um dos mais freqüentes em mulheres, é possível hoje

lançar mão de cirurgias menos radicais (que preservam a mama sem retirá-la na

totalidade) e que, associadas à radioterapia e/ou à quimioterapia, permitem a mesma

chance de sobrevida do que as cirurgias mais radicais (que são mais mutilantes e

apresentam maior índice de complicações) [23].

3.2.2 - Radioterapia

A radioterapia (RT) é o método de tratamento local ou locorregional do câncer

que utiliza equipamentos e técnicas variadas para irradiar áreas do organismo humano,

prévia e cuidadosamente demarcadas [24].

Esta modalidade de tratamento possui as seguintes finalidades:

• Radioterapia curativa: principal modalidade de tratamento radioterápico; visa à cura

do paciente.

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• Radioterapia pré-operatória (RT prévia ou citorredutora): procedimento que antecede a

principal modalidade de tratamento, a cirurgia, para reduzir o tumor e facilitar o

procedimento operatório.

• Radioterapia pós-operatória ou pós-quimioterapia (radioterapia profilática): segue-se à

principal modalidade de tratamento, com a finalidade de esterilizar possíveis focos

microscópicos do tumor.

• Radioterapia paliativa: objetiva o tratamento local do tumor primário ou de

metástase(s), sem influenciar a taxa da sobrevida global do paciente. É usada

principalmente nas seguintes circunstâncias:

- Radioterapia antiálgica: modalidade de radioterapia paliativa com a finalidade

específica de reduzir a dor.

- Radioterapia anti-hemorrágica: modalidade de radioterapia paliativa com a finalidade

específica de controlar os sangramentos [24].

3.2.3 - Quimioterapia

A quimioterapia é o método que utiliza compostos químicos, chamados

quimioterápicos, no tratamento de doenças causadas por agentes biológicos. Quando

aplicada ao câncer, a quimioterapia é chamada de quimioterapia antineoplásica ou

quimioterapia antiblástica [26].

O primeiro quimioterápico antineoplásico foi desenvolvido a partir do gás

mostarda, usado nas duas Guerras Mundiais como arma química. Após a exposição de

soldados a este agente, observou-se que eles desenvolveram hipoplasia medular e

linfóide, o que levou ao seu uso no tratamento dos linfomas malignos [26].

A partir da publicação, em 1946, dos estudos clínicos feitos com o gás mostarda

e das observações sobre os efeitos do ácido fólico em crianças com leucemias,

verificou-se avanço crescente da quimioterapia antineoplásica [26].

Atualmente, quimioterápicos mais ativos e menos tóxicos encontram-se

disponíveis para uso na prática clínica. Os avanços verificados nas últimas décadas, na

área da quimioterapia antineoplásica, têm facilitado consideravelmente a aplicação de

outros tipos de tratamento de câncer e permitido maior número de curas [26].

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A quimioterapia constitui uma das modalidades de maior escolha para produzir

cura, controle e paliação. Envolve o uso de substâncias citotóxicas, administradas

principalmente por via sistêmica (Endovenosa) e pode ser classificada de acordo com a

sua finalidade [27].

3.2.3.1 – Mecanismos de ação e classificação das drogas antineoplásicas

Os mecanismos utilizados no tratamento do câncer afetam tanto as células

normais como as neoplásicas - Massa anormal de tecido, como um resultado do

crescimento anormal ou divisão de células. Antes do crescimento anormal, as células

frequentemente sofrem um padrão anormal de crescimento, tais como a metaplasia ou a

displasia [28].

Os citotóxicos, ou seja, células que são capazes de destruir outras células com a

libertação de algumas substâncias nocivas, não são capazes de destruir as células

neoplásicas de uma forma seletiva. Isso está diretamente relacionado às diferenças

existentes entre o desenvolvimento/crescimento das células malignas e os das células

normais e as pequenas diferenças bioquímicas verificadas entre elas provavelmente se

combinam para produzir seus efeitos específicos [28].

O ADN ou DNA em inglês (Ácido Desoxirribonucleico), material genético de

todas as células, age como modelador na produção de formas específicas de ARN ou

RNA (Ácido Ribonucleico) transportador, ARN (Ácido Ribonucleico) ribossômico e

ARN (Ácido Ribonucleico) mensageiro e, deste modo, determina qual enzima irá ser

sintetizada pela célula. As enzimas são responsáveis pela maioria das funções celulares,

e a interferência nesses processos irá afetar a função e a proliferação tanto das células

normais como das neoplásicas [23].

A maioria das drogas utilizadas na quimioterapia antineoplásica interfere de

algum modo nesse mecanismo celular, e a melhor compreensão do ciclo celular normal

levou à definição clara dos mecanismos de ação da maioria das drogas.

De acordo com o momento do ciclo celular em que atuam, os quimioterápicos

podem ser classificados em:

Ciclo-inespecíficos - Aqueles que atuam nas células que estão ou não no ciclo

proliferativo, como, por exemplo, a mostarda nitrogenada.

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Ciclo-específicos - Os quimioterápicos que atuam somente nas células que se

encontram em proliferação, como é o caso da ciclofosfamida.

Fase-específicos - Aqueles que atuam em determinadas fases do ciclo celular,

como, por exemplo, o metotrexato (fase S), o etoposídeo (fase G2) e a

vincristina (fase M) [23].

Outro tipo de classificação dos quimioterápicos se dá quanto a sua finalidade, que

pode ser:

• Curativa - quando é usada com o objetivo de se conseguir o controle completo do

tumor, como nos casos de doença de Hodgkin, leucemias agudas, carcinomas de

testículo, coriocarcinoma gestacional e outros tumores.

• Adjuvante - quando se segue à cirurgia curativa, tendo o objetivo de esterilizar

células residuais locais ou circulantes, diminuindo a incidência de metástases à

distância. Exemplo: quimioterapia adjuvante aplicada em caso de câncer de mama

operado em estádio II.

• Neoadjuvante ou prévia - quando indicada para se obter a redução parcial do

tumor, visando permitir uma complementação terapêutica com a cirurgia e/ou

radioterapia. Exemplo: quimioterapia pré-operatória aplicada em caso de sarcomas

de partes moles e ósseos.

• Paliativa - não tem finalidade curativa. Usada com a finalidade de melhorar a

qualidade da sobrevida do paciente. É o caso da quimioterapia indicada para

carcinoma indiferenciado de células pequenas do pulmão [26].

3.2.3.2 – Toxicidades dos quimioterápicos

Os quimioterápicos não atuam exclusivamente sobre as células tumorais. Existem

células normais no nosso organismo que, assim como as células tumorais, também estão

em constante multiplicação, renovando constantemente estruturas corporais, como as

células da medula óssea, os pêlos e a mucosa do tubo digestivo. Tais células também

acabam sendo atingidas pela ação dos quimioterápicos. No entanto, como as células

normais apresentam um tempo de recuperação previsível, ao contrário das células

anaplásicas, é possível que a quimioterapia seja aplicada repetidamente, desde que

observado o intervalo de tempo necessário para a recuperação da medula óssea e da

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mucosa do tubo digestivo. Por este motivo, a quimioterapia é aplicada em ciclos

periódicos [26].

Os efeitos terapêuticos e tóxicos dos quimioterápicos dependem do tempo de

exposição e da concentração plasmática da droga. A toxicidade é variável para os

diversos tecidos e depende da droga utilizada. Os efeits colaterais mais comuns incluem

mielodepressão, alopécia e alterações gastrintestinais como náuseas, vômitos e diarréia

[26].

A cada dia, medicamentos novos são postos à disposição dos oncologistas visando

à redução da toxicidade dos quimioterápicos, à manutenção da quimioterapia, e a

intensificação dos quimioterápicos. O transplante de medula óssea também tem

permitido superar o problema da toxicidade hematológica da quimioterapia como fator

limitante do tratamento, já que este se consitutui ele próprio em um método terapêutico

de doenças hematológicas [26].

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Capítulo 4

Propostas Tecnológicas

4.1 – Proposta 1

A partir dos estudos teóricos realizados e desenvolvidos nos capítulos anteriores,

este capítulo será dedicado à apresentação de duas propostas para o problema estudado.

Hoje, o oncologista enfrenta uma dificuldade quando o assunto é base única de

conhecimento dentro de uma clínica de tratamento de tumores. Levando em

consideração que atualmente o fator tempo é um fator determinístico quando o assunto é

tratamento do câncer, a ferramenta Watson apresenta um guia de API’s que são capazes

de contribuir para ambas as soluções propostas, decorrendo das análises de dados

estruturados a dados não estruturados.

A primeira proposta para o problema estudado é a capacidade de uma unificação

da base de dados para todos os tipos de outputs de exames relacionados ao

planejamento do tratamento quimioterápico.

Em um estudo recente realizado pela IBM com um hospital especializado em

oncologia dos Estados Unidos, o qual informa que 80% dos dados de saúde disponíveis

são desestrutarados, com isso um oncologista para se manter atualizado em sua

profissão precisaria de 36 horas por dia de estudos ininterruptos.

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Figura 4.1 – Processo de tomada de Decisão

Na figura anterior um oncologista precisa examinar outputs de exames em dois

tempos, aqui chamaremos de fase 1 e fase 2.

Na Fase um, um oncologista precisará analisar alguns resultados de exames,

geralmente exames de imagem e biópsia, para chegar ao estadiamento do tipo de câncer

analisado. Ou seja, o tamanho do tumor e se neste momento o câncer já segue em

processo de metástase (Migração do câncer para demais orgãos).

Segundo especialistas é na fase de análise de exames que o oncologista mais

perde tempo. Alguns defendem que um oncologista dedica 60% do seu tempo em

analisar imagens que não contém nenhum tipo de tumor.

Para análise deste primeiro momento, contaremos com o apoio de uma das mais

de 50 API’s que a ferramenta Watson disponibiliza, a API – IMAGE TAGGING , que

possui a capacidade de ser treinada para analisar dados não estruturados.

Define-se como dados não estruturados: Dados que não possuem rigidez, não

existe datatype, tamanho, não seguem uma regra. São apresentados como aparecem.

Não possuem estrutura definida, possui baixa integridade e possui escalabilidade

Linear. Por exemplo: Documentos, Imagens, Vídeos, E-mails, post em redes sociais

(Análise de sentimento), dados retirados da internet, dados de sensores e dados não

relacionais.

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Após análise dos Outputs da fase 1 esses dados seguirão para uma base de dados

única no Watson, garantindo aos oncologistas a capacidade de treinamento da

ferramenta para contribuição do melhor prognóstico.

Figura 4.2 – Proposta 1 e 2

4.2– Proposta 2

Uma vez realizado a fase 1, até chegar a definição dos protocolos

quimioterápicos, o oncologista segue para a segundo fase do processo, que é a

capacidade de analisar outros outputs de exames.

O médico se baseia em diversas evidências para indicar possíveis tratamentos

em pacientes que possuam algum tipo de doença prévia, mas não apenas por esse

motivo, o processo de quimioterapia é um processo muito caro e definir a melhor forma

de protocolo é uma questão cada vez mais abordada entre as únidades de saúde.

Para evitar os efeitos tóxicos intoleráveis dos quimioterápicos e que eles ponham

em risco a vida dos pacientes, são obedecidos critérios para a indicação da

quimioterapia.

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Esses critérios são variados e dependem das condições clínicas do paciente e das

drogas selecionadas para o tratamento. A seguir, são listados alguns requisitos ideais

para a aplicação da quimioterapia, que são coletados e disponibilizados a partir de uma

base de dados estruturadas:

Condições gerais do paciente:

menos de 10% de perda do peso corporal desde o início da doença;

Ausência de contra-indicações clínicas para as drogas selecionadas;

Ausência de infecção ou infecção presente, mas sob controle;

Capacidade funcional correspondente aos três primeiros níveis, segundo os

índices propostos por Zubrod e Karnofsky [26].

Níveis Critérios

ZUBROD KARNOFSKY

0 100-90% Paciente assintomático ou com sintomas mínimos

1 89-70% Paciente sintomático, mas com capacidade para o

atendimento ambulatorial

2 69-50% Paciente permanece no leito menos da metade do dia

3 49-30% Paciente permanece no leito mais da metade do dia

4 29-10% Paciente acamado, necessitando de cuidados

constantes

Tabela 3 - Avaliação da capacidade funcional Fonte: INCA [26].

Contagem das células do sangue e dosagem de hemoglobina. (Os valores exigidos

para aplicação da quimioterapia em crianças são menores.):

Leucócitos > 4.000/mm³

Neutrófilos > 2.000/mm³

Plaquetas > 150.000/mm³

Hemoglobina > 10 g/dl

Dosagens séricas:

Uréia < 50 mg/dl

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Creatinina < 1,5 mg/dl

Bilirrubina total < 3,0 mg/dl

Ácido Úrico < 5,0 mg/dl

Transferasses (transaminases) < 50 Ul/ml [25].

Nesta nova fase os outputs de exames são estruturados, como por exemplo:

Função Renal, Função hepática, elementos do sangue, etc.

Define-se como dados estruturados os dados que estão em um formato

especifico/rígido, como por exemplo: Dados mantidos em SGBD (Sistema Gerenciador

de Banco de dados), tabela de banco de dados, datatype de uma coluna e tamanho

máximo de armazenamento, números.

Para a fase 2, faremos uso do Watson anlytics abordado no capitulo anterior.

Este é um módulo da ferramenta Watson capaz de analisar uma grande quantidade de

dados estruturados. Esta análise e exibida através de dados probabilísticos.

Após identificados todos os exames necessários, o paciente segue para as

sessões de quimioterapia melhor definidas aos olhos do oncologista.

Figura 4.3 – Proposta 3 e 4

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Capítulo 5

Resultados Esperados

5.1 – Resultados esperados

A partir das propostas apresentadas no capítulo anterior, foi possível realizar

uma avaliação de ganho dividida em três grandes grupos.

5.1.1 – Resultados esperados - Oncologistas

Em um primeiro momento, observando-se a forma de trabalho, processos e

pontos de melhoria, foi identificado que o oncologista terá um ganho significativo com

o uso da ferramenta Watson e suas API’s, explicitado na tabela abaixo.

PROBLEMAS RESULTADOS ESPERADOS

> TEMPO EM ANÁLISES DE EXAMES < TEMPO EM ANÁLISES DE EXAMES

< % DE ACERTIVIDADE > % ACERTIVIDADE

DIVERSAS BASES BASE ÚNICA

SEM CONTROLE DOS CASOS DE SUCESSO CONTROLE CASOS DE SUCESSO

> TEMPO DE ESTUDOS < TEMPO PARA ESTUDOS

< MINIMIZAÇÃO DO ESTADIAMENTO > MINIMIZAÇÃO DO ESTADIAMENTO

COGNITIVISMO HUMANO APOIO NO COGNITIVISMO HUMANO

ONCOLOGISTA

Tabela 4 – Resultados Esperados Oncologista

Um oncologista dedica cerca de 60% do seu tempo em análises de exames de

imagens, tais como tomografias que não possuem nenhuma anormalidade clínica.

Com o uso da ferramenta o médico contará com o apoio de uma poderosa

tecnologia que vai contribuir de forma melhor na acertividade dos exames clínicos

realizados, tratativa dos tumores existentes, bem como uma base única que irá facilitar a

forma de consulta para os casos de sucesso.

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Com o uso da ferramenta ainda, o oncologista também contará com uma

minimização do estadiamento, menor tempo para consultas de casos e estudos de

sucesso e uma maior possibilidade de cura.

5.1.2 – Resultados esperados – Paciente

O paciente é o maior interessado, pois é ele quem sofre os impactos relacionados

com o tipo de remédio, forma de tratamento, etc. além de estar emocionalmente abalado

com o fato de estar combatendo uma doença que está no ranking das doenças que mais

matam no mundo.

No caso dos países subdesenvolvidos, o câncer é o que contribui com 70% da

mortalidade [22].

PROBLEMAS RESULTADOS ESPERADOS

> % DE COMPLICAÇÕES < % DE COMPLICAÇÕES

< CREDIBILIDADE > CREDIBILIDADE

> INVESTIMENTO COM QUIMIOTERAPIA < INVESTIMENTO COM QUIMIOTERAPIA

> TEMPO PARA ANÁLISES DE EXAMES < TEMPO PARA ANÁLISES DE EXAMES

< MINIMIZAÇÃO DO ESTADIAMENTO > MINIMIZAÇÃO DO ESTADIAMENTO

< PROBABILIDADE DE CURA > PROBABILIDADE DE CURA

PACIENTE

Tabela 5 – Resultados Esperados - Paciente

Ainda neste cenário, os resultados esperados nas propostas oferecidas, estão

diretamente ligados ao paciente.

Uma vez identificados todos os exames e as possibilidades de tratamento, o

paciente contará com o apoio da ferramenta juntamente com o cognitivismo humano

para optar pela melhor forma de protocolo.

Estes pontos são muito importantes para o paciente diagnosticado com este tipo

de doença. Através da inteligência e agilidade para a proposta de solução, o

mapeamento e aprendizado de máquina contribuirá para minimizar impactos como

complicações, alergias, levando a um investimento mais assertivo no processo de

quimioterapia que é um processo trabalhoso e muito caro atualmente.

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5.1.3 – Resultados esperados – Instituição

Atualmente as instituições públicas sofrem com a falta de recursos para os

serviços de quimioterapia, uma vez que se utiliza de medicamentos caros.

Visando contribuir também com as instituições especializadas no tratamento

quimioterápico, o uso desta ferramenta trará alguns ganhos, tais como os descritos

abaixo:

PROBLEMAS RESULTADOS ESPERADOS

COGNITIVISMO HUMANO APOIO NO COGNITIVISMO HUMANO

SEM FERRAMENTA PARA PROGNÓSTICO COM FERRAMENTA PARA PROGNÓSTICO

SEM INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL COM INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

SEM MACHINE LEARNING COM MACHINE LEARNING

> INVESTIMENTO COM QUIMIOTERAPIA < INVESTIMENTO COM QUIMIOTERAPIA

> MORTALIDADE < MORTALIDADE

< PROBABILIDADE DE CURA > PROBABILIDADE DE CURA

INSTITUIÇÃO

Tabela 6 – Resultados Esperados - Instituição

Uma vez atingidos esses objetivos a instituição consegue otimização de recursos

humanos e financeiros, contando com a tecnologia na melhor definição de protocolos de

tratamento, com grande significado para seus pacientes, que terão a suas possibilidades

de cura aumentadas.

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Capítulo 6

Conclusão e Trabalhos Futuros

6.1 – Conclusão

Com este enfoque de utilização do Watson Analyics e da plataforma Watson para

auxiliar na definição de protocolos quimioterápicos para paciente portadores de Câncer,

a computação cognitiva pode se configurar como uma aliada dos profissionais de saúde

levando em consideração sua capacidade de armazenar e gerir diversos bancos de dados

(com artigos de pesquisas em andamento, manuais, livros, guidelines, etc), bem como a

capacidade de trabalhar com dados estruturados e desestruturados, funcionando como

uma ferramenta para agilizar o acesso dos profissionais de saúde às informações

técnicas e científicas contidas nestes bancos de dados e auxiliando os profissionais de

saúde através dos insights extraídos dos resultados patológicos.

Quanto mais rápido for o acesso as informações e mais acertiva a tomada de

decisão pelos médicos oncologistas, melhor será para o doente no sentido de minimizar

o avanço da doença, bem como o aumento da possibilidade de cura.

6.2 – Trabalhos Futuros

De acordo com o trabalho desenvolvido, algumas melhorias devem ser

incluídas, como:

Desenvolver estudos para o uso do Watson nos Cuidados Paliativos

Oncológicos;

Aumentar abrangências de novas API’s para o Watson;

Desenvolver estudos para uso do Watson em outras doenças crônicas, tais

como Diabetes, Hipertensão, Doenças Degenerativas, etc.

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