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Educação Médica e a Biomatemática:
Simulações Interativas de Sistemas Fisiológicos para
o Ensino e a Pesquisa
Prof. Renato M.E. Sabbatini
UNICAMP e Instituto Edumed
IV-Workshop GESITI/Saúde-2017Semana Nacional de Ciência e Tecnologia
Apresentador
Prof. Renato Marcos Endrizzi Sabbatini
Graduado e doutorado pela Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto da USP
Foi professor de fisiologia da USP (medicina e enfermagem) e de informática da UNICAMP (medicina, enfermagem e engenharia biomédica)
Fundador e diretor do Núcleo de Informática Biomédica e do Centro de Educação a Distância em Saúde da UNICAMP
Fundador e atual presidente do Instituto Edumed para Educação em Medicina e Saúde
Fundador, presidente e diretor de educação profissional da Sociedade Brasileira de Informática em Saúde, do Instituto HL7 Brasil e da Associação IHE Brasil
Especialista em informática em saúde, telemedicina/telessaúde e tecnologias educacionais em saúde.
Objetivos da Palestra
Demonstrar o papel e o status atual do uso de modelagem e simulação no ensino e na pesquisa na área de saúde, principalmente nas áreas de modelos quantitativos e de modelos gráficos 3D e 4D;
Comentar a evolução dessas tecnologias e quais são as tendências presentes e futuras no seu uso no ensino da saúde.
O modelo clássico de ensino
A sala de aula: presencial, coletiva e síncrona;
Giz e quadro negro;
Aprendizado através de aulas expositivas e livros impressos, escrita manual;
Bibliotecas de papel;
90% ou mais de todo ensino no mundo ainda segue esse modelo, desde a Grécia Antiga;
Motivo: porque funciona bem para o ensino de massa, com baixo investimento.
Diversificação do modelo de ensino em saúde
Entretanto: o curso de medicina tem os mesmos 6 anos de duração desde o século XIII !
Crise na Educação Profissionalem Saúde
Provocada pela avalanche do progresso científico, que estáinviabilizando os modelos clássicos de ensino
O acesso tradicional à informação dificulta o ensino e aprendizagem. Informações ficam obsoletas rapidamente
Educação baseada em aprendizado de informação
Heterogeneidade do ensino e de distribuição de recursos
Novos tempos, novas metodologias
Laboratório de práticas
Simulações práticas
Informatização da distribuição e acesso à informação
Educação a distância
Metodologias de aprendizado ativo
PBL: Problem-Based Learning
TBL: Team-Based Learning
Novos tempos, novas tecnologias
A Nova Sala de Aula
Conectada
Interativa
Multimídia
Extensível no tempo e no espaço
Uso da simulação gráfica no ensino médico
Simulação dinâmica
Dissecção interativa do modelo 4D
Uso da simulação de experimentos no ensino médico
Simulação eletrofisiológica do coração
Simulações baseadas em equipamentos
Simulação fisiológica quantitativa
SecondLife: Simulação realística de situações
Como isso é feito?
As estruturas e fenômenos biológicos dinâmicos (bioquímica, fisiologia, movimento, etc.), precisam ser reproduzidos por um software específico;
Para isso eles são estudados e construídos modelos matemáticos, que posteriormente tem sua operação executada por simulação.
Como construir simulações
Passo inicial: construção do modelo
Simulação
Não interativa
Interativa
A simulação pode ser:
Numérica
Gráfica
Estática (não varia no tempo)
Dinâmica (varia no tempo)
O papel da matemática
Em modelos de sistemas quantitativos: desenvolvimento de uma teoria matemática representativa do(s) fenômeno(s) em estudo:
Cálculo diferencial e integral
Cálculo numérico
Em modelos gráficos: desenvolvimento e uso de técnicas de geometria para produção de objetos 3D e 4D e sua simulação;
Normalmente, em biologia, ambas as abordagens são muito complexas. O uso dos computadores é imprescindível.
Complexidade dos modelos biológicos
As equações diferenciais obtidas para o modelo em geral são insolúveis analiticamente;
Portanto o modelo só pode ser examinado quanto ao seu comportamento através de resolução por cálculo numérico discreto (computacional).
Gráficos tridimensionais realistas: wireframe
Histórico de atuação na área
Sabbatini, RME: Microcomputador e Simulação no Ensino. Tecnologia Educacional (32): 21-8, 1980.
Utilização da linguagem BASIC interpretada para um microcomputador pessoal (Radio Shack TRS-80 e Dismac 8000)
Hardware de 8 bits, com 64K de RAM, e tela gráfica de 128 x 64 pixels.
Desenvolvimento de uma disciplina de graduação de fisiologia de sistemas de controle na FMRPUSP em 1981;
Mudança da linha para o Núcleo de Informática Biomédica da UNICAMP em 1983;
Desenvolvimento de um pacote de software em Turbo BASIC (compilado) para IBM 16 bits, entre 1999 e 2001;
Ensino das abordagens de ensino usando simulação no ensino médico (2001) em cursos presenciais e a distância.
MEDSIM 01.05: Pacote de softwares de simulação fisiológica
MEDSIM 01.05: GLICOSIM
Histórico de pesquisa na área
Modelos e simulação quantitativa para pesquisa em:
Fenômenos de epilepsia sensorial reflexa;
Redes neurais configuráveis;
Redes neurais artificiais.
Divulgação e ensino do uso de modelagem e simulação no ensino médico
Artigos em revistas
Pesquisas bibliográficas
Palestras e congressos
Cursos
Evolução da simulação no ensino em saúde
Softwares genéricos (ex. MatLab) e específicos (ex.: NEUROED) para autoria e teste de modelos quantitativos;
Computação em rede, modelos e simulações on-line;
Softwares para construção de modelos anatômicos e funcionais em 3D e 4D;
Dispositivos especializados (simuladores em realidade virtual e mista, bonecos de simulação, CAVEs, etc.);
Simulação de sistemas orgânicos complexos, organismos completos.
Simuladores realísticos de pacientes
Simulação de Endoscopia
Manipuladores Tridimensionaiscom Sensores Digitais
Endocirurgia
Laparoscopia
Simulação de Endoscopia
Manipuladores Visualizadores
Simulação de CirurgiaVideolaparoscópica
Projeto KISMETCentro de Pesquisa de Karlsruhe
Estação de Simulação
Imagensgeradasem 3D
Simulação de CirurgiaVideolaparoscópica
Simulação de Microcirurgias
Stand com micromanipuladores
Visão do campo cirúrgico simulado
Simulação de Microcirurgias
Simulador de Cirurgia Ocular
Tutor 3D de Cirurgia
Campo cirúrgico comtomografia
Exibição dinâmica dos movimentos
Comando em linguagemnatural mostra deslocamento doinstrumento
Realidade AumentadaVirtual Temporal Bone
ImmersaDesk comÓculos Polaroid eJoystick 3D
Simulações ultracomplexas
https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fphys.2011.00004/full
Simulações ultra-complexas
Simulação de um mini-cérebro com 1,73 bilhões de neurônios interconectados por10,4 trilhões de sinapses(aprox. 2% do tamanho do cérebro real)
Software NEST
Supercomputador K (Riken, Japão), com 82.944 processadores em paralelo e 1 petabyte de memória
A simulação de 1 segundo de atividades nesta redeconsumiu 40 minutos de computação!
Sumário e conclusões
Grandes avanços têm sido alcançados através do uso de tecnologias de modelagem e simulação baseadas em matemática e computação, na área biomédica;
A realidade virtual, aumentada e mista passaram a ser viáveis no ensino, principalmente através do aumento do poder computacional e da queda no preço dos periféricos;
Encontram aplicações tanto na pesquisa quanto no ensino;
A simulação favorece a experimentação aberta com os modelos, reforçando o aprendizado através de uma prática sem necessidade de laboratório, clínica, etc.
Ensinar modelagem aos alunos é uma abordagem efetiva;
Os professores precisam conhecer e aplicar mais essas tecnologias em sala de aula ou no ensino a distância.
Contato
Prof.Dr. Renato M.E. Sabbatini
Presidente, Instituto Edumed
(19) 3287-5958
Skype: rsabbatini
Copyright desta apresentação
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Versão 1.0 – 25 Outubro 2017