VOZES DO CORAÇÃO: pesquisadores da Paraíba usam inteligência artificial para diagnosticar a insuficiência cardíaca

Ciência e os princípios da mecânica juntos. A semelhança existente entre o motor de um carro com o coração humano ajudou a pesquisadores da Paraíba a descobrir um mecanismo que pode evitar uma das doenças que mais mata no mundo. Feito de ferro, o motor faz o veículo funcionar, enquanto que o coração de “carne” é responsável por bombear o sangue para todo o corpo. Pesquisadores da Universidade Federal da Paraíba (UFPB), criaram um instrumento que ajuda a detectar a insuficiência cardíaca por meio da voz humana. Utilizando a inteligência artificial (IA), eles descobriram como o barulho produzido pelo motor do carro poderia ser utilizado para prevenir e salvar vidas.

Cada voz é única, com suas nuances de tons, timbres e potências O ‘Marcador de Vozes’, um algoritmo que usa a IA para ajudar a diagnosticar a insuficiência cardíaca utilizando-se apenas a análise da voz dos pacientes. A ferramenta foi criada graças à junção de conhecimentos da engenharia mecânica e medicina. O PB Agora conversou com o médico cardiologista responsável pela pesquisa, que deu detalhes do invento.

Para criar o Marcador, os pesquisadores estudaram a função das vozes, e descobriram que além de expressar emoções, ela pode indicar algum problema de saúde. E não apenas os específicos de voz, fala e linguagem, como já acontece na prática clínica da fonoaudiologia há anos. Quando o paciente sofre de doenças neurológicas ou psiquiátricas, pode acontecer de sua voz sofrer alterações. Neste caso, o exame da fala acaba sendo útil no diagnóstico de distúrbios.

A descoberta é tida como um avanço notável que tem sido alcançado na área da saúde, graças à colaboração entre pesquisadores de engenharia mecânica e medicina. A base do ‘Marcador de Vozes’ é uma rede neural artificial (RNA) para cada gênero, treinada para reconhecer padrões de voz associados à insuficiência cardíaca.

Um teste foi feito e com êxito. A coleta de vozes de 142 voluntários, combinada com técnicas de processamento de sinais, proporcionou uma taxa impressionante de precisão. Surpreendentemente, o algoritmo superou métodos tradicionais, alcançando uma taxa de acerto de quase 92%, destacando-se em critérios como sensibilidade e especificidade.

O invento foi desenvolvido a nível de mestrado no Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica (PPGEM), envolvendo o pesquisador João Vitor Lira de Carvalho Firmino, do Centro de Tecnologia (CT), com orientação do Professor Marcelo Cavalcanti Rodrigues, além dos alunos do curso de medicina Kamilla Azevedo e David Leone, orientados pelo professor e cardiologista Marcelo Dantas Tavares de Melo, do Centro de Ciências Médicas (CCM). A ferramenta foi desenvolvida em parceria com o Instituto do Coração da Universidade de São Paulo (Incor/USP).

Em entrevista ao PB Agora, o cardiologista Marcelo Dantas Tavares, explicou que ‘Marcador de Vozes’ utiliza uma rede neural artificial (RNA) que, como seu nome pressupõe, são técnicas computacionais que apresentam um modelo matemático inspirado na estrutura neural de organismos inteligentes, semelhantes ao cérebro humano. Para isso, foram criadas duas redes neurais artificiais no âmbito da pesquisa, uma para cada gênero (masculino e feminino), que reconhecem os padrões de voz e as distorções causadas pela insuficiência cardíaca em uma pessoa.

Para desenvolver essas RNAs, os pesquisadores coletaram, com um gravador convencional, vozes de 142 voluntários, às quais foram aplicadas técnicas de processamento de sinais frequentemente utilizadas na engenharia mecânica para detecção de defeitos em equipamentos, a fim de extrair algumas características que sinalizam a condição de insuficiência. As coletas foram realizadas no Incor/USP com 84 pacientes voluntários diagnosticados com insuficiência cardíaca e, com os demais voluntários, em ambiente extra-hospitalar.

“Basicamente gravamos a voz do voluntário e aplicamos o ‘Marcador de Vozes’ para que responda ‘insuficiência cardíaca’ ou ‘saudável’, explica o Professor Marcelo Dantas.

O resultado surpreendeu os pesquisadores, uma vez que o ‘Marcador de Vozes’ obteve resultados mais rápidos e melhores do que os métodos de diagnóstico habituais (BNP e NT-proBNP) de insuficiência cardíaca. Sua eficiência, por exemplo, foi considerada alta, acertando quase 92% dos diagnósticos positivos e negativos para a doença. O algoritmo também obteve bons números em critérios como sensibilidade (88%) e especificidade (92%).

“Outra vantagem do ‘Marcador de Vozes’ é que, por usar somente a voz humana em suas análises, ele se caracteriza por ser uma ferramenta não invasiva. Uma vez popularizado, terá impacto imensurável, permitindo que este diagnóstico seja aferido de forma remota, na telemedicina. Na triagem de pacientes, a ferramenta poderá facilitar o direcionamento para centros de referência em cardiologia”, avalia o docente Marcelo Dantas.

O ‘Marcador de Vozes’ é inspirado em um programa de computador (software) utilizado na área da engenharia mecânica, que identifica, também a partir de inteligência artificial, problemas em um conjunto motor redutor (caixa de engrenagens) a partir do som gerado pela vibração dos seus componentes. Para que pudessem transferir essa expertise para a medicina, foi necessária uma busca ativa dos pesquisadores, de ambos os lados.

“A gravação é inserida no software que faz o processamento e vai comparar os dados que ele tem gravado e ver se o paciente tem ou não a tendência para a insuficiência cardíaca”, explicou.

A ideia do invento, conforme explicou o professor Marcelo, não é que o software dê um diagnóstico fechado, mas que ele seja um indicativo e uma forma de triagem do paciente.

A pesquisa tem avançado e a perspectiva é que em breve, a equipe apresente novidades. Regidas por leis diferentes, duas patentes relacionadas ao ‘Marcador de Vozes’, sendo uma de invenção e outra de software, foram depositadas no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI). A concessão da carta patente, documento em que são reconhecidos oficialmente os direitos de propriedade intelectual, ainda está em análise neste órgão.

Devido o sucesso do invento, os pesquisadores paraibanos conseguiram aprovar um acordo de co-participação sem transferência de recursos da Universidade, com a diretoria científica do Hospital Israelita Albert Einstein, de São Paulo, para aprimoramento técnico do invento
O acordo visa aumentar o banco de dados, aprimorar a tecnologia e fazer a prospecção de indústrias afins no mercado.

A característica não invasiva do ‘Marcador de Vozes’ promete uma revolução na telemedicina, permitindo diagnósticos remotos e facilitando a triagem de pacientes. O professor Marcelo Dantas destaca que a ferramenta pode direcionar pacientes para centros de referência em cardiologia de maneira eficiente.

Apesar de duas patentes relacionadas ao algoritmo estarem em processo de análise no Instituto Nacional de Propriedade Intelectual (INPI), a UFPB continua a buscar apoio para o desenvolvimento da ferramenta.

A insuficiência cardíaca se mostra como o enfraquecimento do coração. No Brasil, a prevalência de IC é de aproximadamente 2 milhões de pacientes, e sua incidência é de aproximadamente 240 mil novos casos por ano, segundo a Sociedade Brasileira de Cardiologia. A IC é uma das principais causas de mortalidade e morbidade no mundo, e está associada ao alto uso de recursos e custos com saúde.

Severino Lopes
PB Agora