O cancro colorretal representa uma das neoplasias malignas de maior prevalência e mortalidade global. A sua incidência tem aumentado, influenciada pelo envelhecimento populacional, padrões alimentares inadequados e estilos de vida sedentários. Apesar das elevadas taxas de cura quando identificado precocemente, o diagnóstico continua frequentemente a ocorrer em fases avançadas, limitando a eficácia terapêutica e reduzindo a sobrevivência. A colonografia por tomografia computorizada, também denominada colonoscopia virtual, constitui uma alternativa não invasiva à colonoscopia convencional. Esta técnica possibilita a reconstrução tridimensional do cólon, proporcionando uma visualização detalhada da mucosa colónica e facilitando a deteção de pólipos e outras lesões suspeitas.

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Realidade virtual na Colonografia

Tipo de publicação: Resumo do Artigo
Título original: Controlling Camera Movement in VR Colonography
Data da publicação do artigo: Janeiro de 2022
Fonte: Virtual Reality
Autores: Soraia Paulo, Daniel Medeiros, Daniel Lopes & Joaquim Jorge

Qual é o objetivo, público-alvo e áreas da saúde digital em que se enquadra?
     O estudo tem como objetivo avaliar e comparar o impacto de diferentes técnicas de controlo de câmara na deteção de lesões e na eficiência da navegação durante a colonografia em ambientes de realidade virtual imersiva. O público-alvo inclui profissionais de saúde, nomeadamente radiologistas e clínicos envolvidos em colonografias por tomografia computorizada, bem como investigadores nas áreas da imagiologia médica, interação humano-computador e tecnologias digitais aplicadas à saúde. O trabalho enquadra-se no domínio da saúde digital, com ênfase na realidade virtual aplicada ao diagnóstico baseado em imagem médica, na computação centrada no utilizador e no desenvolvimento de ferramentas de apoio à deteção precoce e rastreio do cancro colorretal.

Qual é o contexto?
     O cancro colorretal representa uma das neoplasias malignas de maior prevalência e mortalidade global. A sua incidência tem aumentado, influenciada pelo envelhecimento populacional, padrões alimentares inadequados e estilos de vida sedentários. Apesar das elevadas taxas de cura quando identificado precocemente, o diagnóstico continua frequentemente a ocorrer em fases avançadas, limitando a eficácia terapêutica e reduzindo a sobrevivência.

     A colonografia por tomografia computorizada, também denominada colonoscopia virtual, constitui uma alternativa não invasiva à colonoscopia convencional. Esta técnica possibilita a reconstrução tridimensional do cólon, proporcionando uma visualização detalhada da mucosa do cólon (intestino grosso) e facilitando a deteção de pólipos e outras lesões suspeitas.

     Contudo, a interpretação das imagens permanece um desafio técnico e cognitivo. A anatomia do cólon, caracterizada por múltiplas curvaturas e pregas, pode comprometer a visibilidade completa da parede intestinal, originando potenciais falhas de deteção. Além disso, a análise em interfaces bidimensionais reduz a perceção espacial e aumenta a carga cognitiva, evidenciando a necessidade de soluções tecnológicas mais intuitivas, precisas e eficientes.

Quais são as abordagens atuais?
     Atualmente, a colonografia virtual é predominantemente realizada em estações de trabalho convencionais, onde os radiologistas analisam reconstruções tridimensionais a partir de imagens de tomografia. A navegação é efetuada num ambiente bidimensional com rato, teclado e monitor, simulando um percurso virtual pelo interior do cólon.

     Entre as técnicas de controlo de câmara mais comuns, destacam-se a abordagem Fly-Through, que simula um percurso interno contínuo ao longo do lúmen, a técnica Fly-Over, que proporciona uma visão externa do órgão com perspetiva mais ampla, e a Unfolded View, que permite a planificação da superfície do cólon para uma leitura linear e contínua. Embora eficazes, estas abordagens apresentam limitações, nomeadamente maior carga cognitiva, dependência de interfaces bidimensionais e possibilidade de omissão de anomalias em zonas de difícil acesso visual.

     Neste contexto, a realidade virtual surge como uma evolução natural destas metodologias, ao permitir uma navegação imersiva e interativa até três dimensões, promovendo uma exploração mais intuitiva e realista, aumentando a perceção anatómica, a cobertura visual e, potencialmente, a precisão diagnóstica.

Em que consiste a inovação? Como é que é avaliado o impacto deste estudo?
     A inovação deste estudo consistiu na introdução e avaliação da técnica Elevator, concebida especificamente para a colonografia em realidade virtual imersiva. Esta abordagem foi desenvolvida para resolver a discrepância frequentemente observada entre a orientação real do utilizador e a orientação da câmara no ambiente virtual, problema que pode comprometer a perceção espacial e a fluidez da navegação. Ao alinhar continuamente a orientação virtual com a postura física do utilizador, a técnica Elevator promove uma exploração mais intuitiva e natural do lúmen do cólon, mantendo o utilizador orientado para as paredes em segmentos ascendentes e descendentes e garantindo uma transição mais coerente entre mudanças anatómicas.

     Para além da introdução desta técnica, o estudo assumiu ainda um carácter inovador ao transportar metodologias tradicionais de navegação em colonografia, como Fly-Through, Fly-Over, para um contexto imersivo. Adicionalmente, o trabalho distingue-se pela realização de uma comparação sistemática entre as três técnicas, preenchendo uma lacuna existente na literatura, que até agora raramente abordava o impacto do controlo da câmara em ambientes de realidade virtual aplicados à prática clínica.

     A avaliação do impacto combinou medidas objetivas e subjetivas. A eficiência foi analisada através do tempo de execução da tarefa e a eficácia pela taxa de deteção de marcas simuladas representativas de lesões, sendo os dados tratados com testes estatísticos não paramétricos. Esta análise quantitativa foi complementada por questionários de usabilidade e pelo Simulator Sickness Questionnaire, assegurando o controlo de fatores como desorientação e desconforto visual. Por fim, foram realizadas entrevistas com radiologistas seniores reforçaram a relevância clínica da investigação, sublinhando que, no contexto médico, a precisão diagnóstica prevalece sobre a velocidade de navegação, validando assim o potencial da realidade virtual como ferramenta de apoio na deteção precoce e no rastreio do cancro colorretal.

Quais são os principais resultados? Qual é o futuro desta abordagem?
     Os resultados demonstraram diferenças claras entre as técnicas avaliadas. A Fly-Over apresentou a maior taxa de deteção de lesões, com uma mediana de 89,47%, indicando que uma perspetiva mais ampla e perpendicular às paredes do cólon favorece a identificação de marcas simuladas, mesmo em zonas anatómicas de maior complexidade. Contudo, esta técnica implicou maior tempo médio de navegação, cerca de 305,53 segundos, refletindo um compromisso entre precisão e eficiência operacional.

     A técnica Fly-Through obteve uma taxa de deteção ligeiramente inferior (79,47%), mas destacou-se pela maior eficiência temporal, com um tempo médio de 273,91 segundos, sendo considerada pelos participantes a abordagem mais intuitiva e menos desorientadora. A técnica Elevator, apesar de conceptualmente promissora, ao alinhar a orientação virtual com a postura real do utilizador, registou o desempenho global menos favorável, com uma mediana de 76,84% de deteção e o maior tempo de navegação (322,13 segundos), refletindo os desafios das primeiras iterações desta abordagem.

     Os radiologistas consultados enfatizaram que, no contexto clínico, a precisão diagnóstica é prioritária face ao tempo de exame, sobretudo no rastreio e deteção precoce do cancro colorretal. Assim, uma técnica como a Fly-Over, embora mais lenta, pode oferecer benefícios clínicos relevantes em cenários de alta exigência diagnóstica.

     Relativamente ao futuro desta linha de investigação, o estudo aponta para o desenvolvimento de sistemas híbridos que combinem a eficiência da Fly-Through com a capacidade de deteção da Fly-Over, otimizando a interação espacial e o conforto do utilizador. Perspetiva-se ainda a integração com inteligência artificial para deteção assistida de lesões, bem como validação com especialistas em larga escala e aplicação em contextos reais de treino e prática clínica. Estes resultados reforçam que a realidade virtual aplicada à colonografia não corresponde a um cenário futurista, mas a uma tecnologia emergente com potencial concreto para transformar o diagnóstico e a formação em imagiologia médica.

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Qual é o objetivo, público-alvo e áreas da saúde digital em que se enquadra?
     O estudo tem como objetivo avaliar e comparar o impacto de diferentes técnicas de controlo de câmara na deteção de lesões e na eficiência da navegação durante a colonografia em ambientes de realidade virtual imersiva. O público-alvo inclui profissionais de saúde, nomeadamente radiologistas e clínicos envolvidos em colonografias por tomografia computorizada, bem como investigadores nas áreas da imagiologia médica, interação humano-computador e tecnologias digitais aplicadas à saúde. O trabalho enquadra-se no domínio da saúde digital, com ênfase na realidade virtual aplicada ao diagnóstico baseado em imagem médica, na computação centrada no utilizador e no desenvolvimento de ferramentas de apoio à deteção precoce e rastreio do cancro colorretal.

Qual é o contexto?
     O cancro colorretal representa uma das neoplasias malignas de maior prevalência e mortalidade global. A sua incidência tem aumentado, influenciada pelo envelhecimento populacional, padrões alimentares inadequados e estilos de vida sedentários. Apesar das elevadas taxas de cura quando identificado precocemente, o diagnóstico continua frequentemente a ocorrer em fases avançadas, limitando a eficácia terapêutica e reduzindo a sobrevivência.

     A colonografia por tomografia computorizada, também denominada colonoscopia virtual, constitui uma alternativa não invasiva à colonoscopia convencional. Esta técnica possibilita a reconstrução tridimensional do cólon, proporcionando uma visualização detalhada da mucosa do cólon (intestino grosso) e facilitando a deteção de pólipos e outras lesões suspeitas.

     Contudo, a interpretação das imagens permanece um desafio técnico e cognitivo. A anatomia do cólon, caracterizada por múltiplas curvaturas e pregas, pode comprometer a visibilidade completa da parede intestinal, originando potenciais falhas de deteção. Além disso, a análise em interfaces bidimensionais reduz a perceção espacial e aumenta a carga cognitiva, evidenciando a necessidade de soluções tecnológicas mais intuitivas, precisas e eficientes.

Quais são as abordagens atuais?
     Atualmente, a colonografia virtual é predominantemente realizada em estações de trabalho convencionais, onde os radiologistas analisam reconstruções tridimensionais a partir de imagens de tomografia. A navegação é efetuada num ambiente bidimensional com rato, teclado e monitor, simulando um percurso virtual pelo interior do cólon.

     Entre as técnicas de controlo de câmara mais comuns, destacam-se a abordagem Fly-Through, que simula um percurso interno contínuo ao longo do lúmen, a técnica Fly-Over, que proporciona uma visão externa do órgão com perspetiva mais ampla, e a Unfolded View, que permite a planificação da superfície do cólon para uma leitura linear e contínua. Embora eficazes, estas abordagens apresentam limitações, nomeadamente maior carga cognitiva, dependência de interfaces bidimensionais e possibilidade de omissão de anomalias em zonas de difícil acesso visual.

     Neste contexto, a realidade virtual surge como uma evolução natural destas metodologias, ao permitir uma navegação imersiva e interativa até três dimensões, promovendo uma exploração mais intuitiva e realista, aumentando a perceção anatómica, a cobertura visual e, potencialmente, a precisão diagnóstica.

Em que consiste a inovação? Como é que é avaliado o impacto deste estudo?
     A inovação deste estudo consistiu na introdução e avaliação da técnica Elevator, concebida especificamente para a colonografia em realidade virtual imersiva. Esta abordagem foi desenvolvida para resolver a discrepância frequentemente observada entre a orientação real do utilizador e a orientação da câmara no ambiente virtual, problema que pode comprometer a perceção espacial e a fluidez da navegação. Ao alinhar continuamente a orientação virtual com a postura física do utilizador, a técnica Elevator promove uma exploração mais intuitiva e natural do lúmen do cólon, mantendo o utilizador orientado para as paredes em segmentos ascendentes e descendentes e garantindo uma transição mais coerente entre mudanças anatómicas.

     Para além da introdução desta técnica, o estudo assumiu ainda um carácter inovador ao transportar metodologias tradicionais de navegação em colonografia, como Fly-Through, Fly-Over, para um contexto imersivo. Adicionalmente, o trabalho distingue-se pela realização de uma comparação sistemática entre as três técnicas, preenchendo uma lacuna existente na literatura, que até agora raramente abordava o impacto do controlo da câmara em ambientes de realidade virtual aplicados à prática clínica.

     A avaliação do impacto combinou medidas objetivas e subjetivas. A eficiência foi analisada através do tempo de execução da tarefa e a eficácia pela taxa de deteção de marcas simuladas representativas de lesões, sendo os dados tratados com testes estatísticos não paramétricos. Esta análise quantitativa foi complementada por questionários de usabilidade e pelo Simulator Sickness Questionnaire, assegurando o controlo de fatores como desorientação e desconforto visual. Por fim, foram realizadas entrevistas com radiologistas seniores reforçaram a relevância clínica da investigação, sublinhando que, no contexto médico, a precisão diagnóstica prevalece sobre a velocidade de navegação, validando assim o potencial da realidade virtual como ferramenta de apoio na deteção precoce e no rastreio do cancro colorretal.

Quais são os principais resultados? Qual é o futuro desta abordagem?
     Os resultados demonstraram diferenças claras entre as técnicas avaliadas. A Fly-Over apresentou a maior taxa de deteção de lesões, com uma mediana de 89,47%, indicando que uma perspetiva mais ampla e perpendicular às paredes do cólon favorece a identificação de marcas simuladas, mesmo em zonas anatómicas de maior complexidade. Contudo, esta técnica implicou maior tempo médio de navegação, cerca de 305,53 segundos, refletindo um compromisso entre precisão e eficiência operacional.

     A técnica Fly-Through obteve uma taxa de deteção ligeiramente inferior (79,47%), mas destacou-se pela maior eficiência temporal, com um tempo médio de 273,91 segundos, sendo considerada pelos participantes a abordagem mais intuitiva e menos desorientadora. A técnica Elevator, apesar de conceptualmente promissora, ao alinhar a orientação virtual com a postura real do utilizador, registou o desempenho global menos favorável, com uma mediana de 76,84% de deteção e o maior tempo de navegação (322,13 segundos), refletindo os desafios das primeiras iterações desta abordagem.

     Os radiologistas consultados enfatizaram que, no contexto clínico, a precisão diagnóstica é prioritária face ao tempo de exame, sobretudo no rastreio e deteção precoce do cancro colorretal. Assim, uma técnica como a Fly-Over, embora mais lenta, pode oferecer benefícios clínicos relevantes em cenários de alta exigência diagnóstica.

     Relativamente ao futuro desta linha de investigação, o estudo aponta para o desenvolvimento de sistemas híbridos que combinem a eficiência da Fly-Through com a capacidade de deteção da Fly-Over, otimizando a interação espacial e o conforto do utilizador. Perspetiva-se ainda a integração com inteligência artificial para deteção assistida de lesões, bem como validação com especialistas em larga escala e aplicação em contextos reais de treino e prática clínica. Estes resultados reforçam que a realidade virtual aplicada à colonografia não corresponde a um cenário futurista, mas a uma tecnologia emergente com potencial concreto para transformar o diagnóstico e a formação em imagiologia médica.

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