Uso de la simulación en la enseñanza de la patología quirúrgica / Simulation as a teaching tool in Macroscopic and Microscopic Surgical Pathology / Uso de simulação no ensino de patologia cirúrgica macroscópica e microscópica

La enseñanza médica en el pregrado ha sufrido múltiples reformas con el fin de ajustarla a los nuevos retos que plantea esta disciplina en la actualidad. La patología no es ajena a estos cambios, los cuales se han reflejado en la disminución del tiempo dedicado a su enseñanza; al respecto, se han generado diversas opiniones que van desde proponer su completa eliminación de los currículos hasta darle mayor énfasis. La simulación como técnica de enseñanza no es un concepto nuevo en medicina y para el campo de la patología es una oportunidad para optimizar el tiempo de docencia, generar más estudio independiente entre los estudiantes y estimular el aprendizaje en las nuevas generaciones. En esta revisión se mostrarán los diferentes trabajos de simulación realizados en esta área.

Multiple reforms to undergraduate medical education have been carried out to fit to the new challenges posed by current medicine. Pathology is no stranger to these changes and has been reflected in the decrease in the time dedicated to its teaching, with such diverse opinions between completely eliminating pathology from undergraduate curricula or to give it greater emphasis. Simulation is not a new concept in medicine and for pathology is an opportunity to optimize teaching time, generate more independent study among students and stimulate learning to new generations. In this review we will show the different works that have been done in pathology simulation.

Teve várias reformas na educação médica de graduação para conseguir se ajustar aos novos desafios da medicina atual. A patologia não é estranha a essas mudanças e se refletiu na diminuição do tempo dedicado ao seu ensino, com opiniões tão diversas entre eliminar completamente a patologia dos currículos de graduação e dar-lhe maior ênfase. Simulação não é um conceito novo em Medicina e, para a patologia, é uma oportunidade de otimizar o tempo de ensino, gerar um estudo mais independente entre os alunos e estimular o aprendizado para as novas gerações. Nesta revisão, mostraremos os diferentes trabalhos que foram realizados em simulação em patologia.

Increasing yoghurt daily production with modeling and simulation process / Aumento da produção diária de iogurte com modelagem e simulação de processos

ABSTRACT: The objective of this research was to use the modeling and computer simulation to support decision makers, aiming to increase the productive capacity of the agro-industry of LaticínioFunarbe. Specifically, it has modeled the current yoghurt production sector for simulation that enables it to meet the new demand. The Arena 14.7 simulation software was used to conduct the modeling. To validate the model, the output of yoghurt production collected at the factory for three months was compared with the output from the simulated computational model. Two indicators were established to perform analyzes of four different scenarios. The implemented model resulted in an increase in the production capacity of 5,000L.d-1 of yoghurt, corresponding to a production of yoghurts processed daily three times higher than the current production.

RESUMO: O objetivo deste trabalho foi usar a modelagem e a simulação computacional como ferramenta de suporte aos tomadores de decisão, visando a aumentar a produtividade da agroindústria Laticínio Funarbe. Especificamente, modelou o setor atual da produção de iogurte para elaboração de análises que possibilita atender à nova demanda. Para a modelagem utilizou-se o software de simulação Arena 14.7. Para a validação do modelo foram comparados os resultados de produção de iogurte coletados na fábrica durante três meses com os resultados simulados pelo modelo computacional. Foram estabelecidos dois indicadores para realizar análises de quatro cenários diferentes. Por meio do modelo implementado, obtivemos um aumento da capacidade produtiva de 5000L.d-1 de iogurte, que corresponde a uma produção de iogurtes processados, diariamente, três vezes maior do que a produção atual.

Numerical simulation of heat transfer in a canine knee joint in thermal neutrality: analysis of the influence of different values of blood perfusion and considerations of the blood perfusion rate / Simulação numérica da transferência de calor na articulação do joelho canino em neutralidade térmica: análises das influências dos diferentes valores de perfusão sanguínea e das considerações da taxa de perfusão sanguínea

This study aimed to simulate heat transfer in thermal equilibrium in the canine knee joint. We analyzed the impact of different values of blood perfusion available in the literature and considered blood perfusion rates. The geometric models of canine knee joints were created from a photographic record of a cross section of an anatomical part. Two geometric models were developed: one without the epidermis and one with the epidermis. A heat diffusion equation was used to model the heat transfer phenomenon. Numerical simulations of the canine knee in a thermal neutrality condition were performed using the ANSYS-CFX® program. The simulation results were compared with experimental in vivo data. The smaller percentage differences between the experimental and simulated in vivo results were found in simulations that used the blood flow rate as a function of temperature. The computer simulation proved to be a good alternative to evaluate the temperature of biological tissues.

O presente trabalho visa simular a transferência de calor, em equilíbrio térmico, na articulação do joelho canino e analisar o impacto dos diferentes valores de perfusão sanguínea disponíveis na literatura e das considerações da taxa de perfusão sanguínea. Os modelos geométricos da articulação do joelho canino foram criados com base em um registro fotográfico de um corte transversal de uma peça anatômica. Foram desenvolvidos dois modelos geométricos: 1- sem epiderme e 2 ­ com epiderme. A equação de difusão de calor foi utilizada para modelar o fenômeno de transferência de calor. As simulações numéricas do joelho canino na condição de neutralidade térmica foram realizadas utilizando o programa ANSYS-CFX®. Os resultados da simulação foram comparados com os dados experimentais in vivo. As menores diferenças percentuais, entre o experimento in vivo e os resultados simulados, foram encontradas nas simulações que utilizaram a taxa de perfusão sanguínea em função da temperatura. A simulação computacional mostrou-se uma boa alternativa para avaliar a temperatura dos tecidos biológicos.

Acurácia e curva de aprendizado de observadores inexperientes para segmentação manual de eletromiogramas / Accuracy and learning curves of inexperienced observers for manual segmentation of electromyograms

INTRODUCTION: The shape-varying format of surface electromyograms introduces errors in the detection of contraction events. OBJECTIVE: To investigate the accuracy and learning curves of inexperienced observers to detect the quantity of contraction events in surface electromyograms. MATERIALS AND METHODS: Six observers performed manual segmentation in 1200 shape-varying waveforms simulated using a phenomenological model with variable events, smooth changes in amplitude, marked on-off timing, and variable signal-to-noise ratio (0-39 dB). Segmentation was organized in four sessions with 15 blocks of 20 signals each. Accuracy and learning curves were modeled per block by linear and power regression models and tested for difference among sessions. Cut-off values of signal-to-noise ratio for optimal manual segmentation were also estimated. RESULTS: The accuracy curve showed no significant linear trend throughout blocks and no difference among sessions 1-2-3-4 (87% [85; 89], 87% [85; 89], 87% [85; 89], 87% [81; 88]; p = 0.691). Accuracy was low for detection of 1 event (AUC = 0.40; sensitivity = 44%; specificity = 43%; cut-off = 12.9 dB) but was high and affected by the signal-to-noise ratio for detection of two events (AUC = 0.82; sensitivity = 77%; specificity = 76%; cut-off = 7.0 dB). The learning curve showed a significant power regression (p < 0.001) with decreasing values of learning percentages (time duration to complete the task) among sessions 1-2-3-4 (86.5% [68; 94], 76% [68; 91], 62% [38; 77], and 57% [52; 75]; p = 0.002). CONCLUSION: Inexperienced observers exhibit high, not trainable accuracy and a practice-dependent shortening in the time spent to detect the quantity of contraction events in simulated surface electromyograms.

INTRODUÇÃO: A forma de onda variável do eletromiograma de superfície introduz erros na detecção de eventos de contração. OBJETIVO: Investigar as curvas de acurácia e aprendizagem de observadores inexperientes para detectar a quantidade de eventos em eletromiogramas de superfície. MATERIAIS E MÉTODOS: Seis observadores realizaram segmentação manual em 1.200 sinais com formas de onda variável simulada usando modelo fenomenológico, com mudanças suaves em amplitude, tempos início-fim marcados, e relação sinal-ruído variável (0-39 dB). A segmentação foi organizada em quatro sessões, com 15 blocos de 20 sinais. As curvas de acurácia e aprendizagem foram modeladas por bloco utilizando modelos de regressão linear e de potência, e foram testados quanto à diferença entre as sessões. Valores de corte de relação sinal-ruído ideais para segmentação manual também foram estimadas. RESULTADOS: A curva de acurácia não mostrou tendência linear significativa e não houve diferença entre as sessões 1-2-3-4 (87% [85; 89], 87% [85; 89], 87% [85; 89], 87% [81; 88], p = 0,691). A acurácia foi baixa para a detecção de um evento (AUC = 0,40; sensibilidade = 44%; especificidade = 43%; limiar = 12,9 dB), mas foi elevada e afetada pela relação sinal-ruído para a detecção de dois eventos (AUC = 0,82; sensibilidade = 77%, especificidade = 76%; limiar = 7,0 dB). A curva de aprendizagem mostrou uma regressão de potência significativa (p < 0,001) com valores decrescentes de percentagens de aprendizagem (tempo de duração para completar a tarefa) entre sessões 1-2-3-4 (86,5% [68; 94], 76% [68; 91], 62% [38; 77] e 57% [52; 75], p = 0,002). CONCLUSÃO: Observadores inexperientes apresentam alta acurácia não treinável e uma redução prática-dependente do tempo gasto para detectar a quantidade de eventos de contração em eletromiogramas de superfície simulados.

Análise computacional do dano térmico no olho humano portador de um melanoma de coroide quando submetido à termoterapia transpupilar a laser / Computational analysis of thermal damage in the human eye carrying a choroidal melanoma when exposed to laser transpupillary thermotherapy treatment

Este trabalho apresenta um modelo bidimensional do olho humano para investigar a evolução da temperatura em estado transitório e o dano térmico associado nas camadas do olho e, principalmente, no melanoma de coroide. A modelagem e simulação computacional foram executadas para um paciente portador de um melanoma de coroide, submetido a um tratamento por irradiação com laser. Para determinar o campo de temperaturas, foi desenvolvido um modelo que utiliza a equação da biotransferência de calor de Pennes (BHTE - Bioheat Transfer Equation) que possui um termo de fonte/sumidouro que responde pelo calor transferido através da perfusão sanguínea. O modelo de Birngruber foi utilizado para determinar a função dano térmico durante a termoterapia transpupilar a laser (TTT). A análise foi efetuada a partir de uma imagem de ultrassom do paciente. Este tipo de exame forneceu as dimensões do olho e do tumor. O software comercial de CFD (Computational Fluid Dynamics) FLUENT, que emprega o Método dos Volumes Finitos (MVF), foi utilizado nas análises do modelo. Foram calculadas as temperaturas em estado estacionário para o olho não irradiado e estes resultados foram utilizados como condição inicial para a simulação de estado transitório para o olho irradiado, durante 60 segundos, com um laser de diodo (810 nm e potências de saída de 178, 222, 400 e 500 mW) cujos feixes apresentavam diâmetros de 2,0 e 3,0 mm e intensidades de 56.588 W/m² e 70.736 W/m² sobre a córnea. Para validar o modelo, os resultados das temperaturas, em estado estacionário para o olho não exposto à radiação do laser, foram comparados com outros mostrando uma boa concordância entre eles. Os resultados das temperaturas e do dano térmico, estado transitório, para o olho irradiado com o laser estão, qualitativamente, em acordo com a literatura disponível.

This paper presents a two-dimensional model of the human eye to investigate the evolution of temperature in transient state and the associated thermal damage in the layers of the eye and, especially in the choroidal melanoma. The computer modeling and simulation were performed for a patient with a choroidal melanoma, undergoing treatment by laser irradiation. To determine the temperature field, we developed a model that uses the Pennes Bioheat Transfer Equation (BHTE) that has a term of source/sink that responds to the heat transferred through the blood perfusion. The Birngruber model was used to determine the function of thermal damage during the laser transpupillary thermotherapy (TTT). The analysis was carried out from an ultrasound image of the patient. This type of examination provided the dimensions of the eye and the tumor. The CFD (Computational Fluid Dynamics) commercial software FLUENT&®, which uses the Finite Volume Method (FVM) was used in the analysis of the model. The temperatures, steady-state, were calculated for the normal eye, i.e, without laser irradiation and these results were used as initial condition for the simulation of transient state to the eye irradiated for 60 seconds with a diode laser (810 nm and output power of 178, 222, 400 and 500 mW) whose beam had a diameter of 2.0 to 3.0 mm and irradiance of 56,588 and 70,736 W/m² on the cornea. To validate the model, the results of temperatures, in steady state to the eye not exposed to laser radiation, were compared with others showing a good agreement between them. The results of thermal damage and transient state, for the eye irradiated by the laser, show that the values of damage depth are in agreement with the literature.

Otimização dos parâmetros de exposição radiográfica através de método computacional para aquisição de imagens de boa qualidade para diagnóstico / A computer-aided method to optimize radiographic exposure parameters to acquire better quality images for diagnosis

Falhas na execução de uma imagem radiográfica ou durante o processamento dos filmes geram interpretações errôneas, repetição do exame, maior exposição dos pacientes à radiação, além de aumentar o tempo clínico e os custos. A seleção correta dos parâmetros de exposição radiográfica proporciona a aquisição de imagens radiográficas com contraste, nitidez, detalhes, densidade óptica e definição das estruturas anatômicas para a realização de laudos radiográficos confiáveis. Assim sendo, neste artigo é apresentado um método computacional que pode auxiliar na seleção dos parâmetros de exposição mais apropriados para um dado exame radiográfico. As densidades ópticas foram simuladas considerando a composição e a espessura dos tecidos da estrutura anatômica, as características do aparelho de raios  X e do sistema écran-filme e os parâmetros de exposição otimizados conforme regras encontradas na literatura. Cinco radiologistas experientes avaliaram imagens radiográficas adquiridas de simuladores antropomórficos com parâmetros de exposição sugeridos pelo método computacional desenvolvido e também parâmetros encontrados na literatura. Após analisarem o contraste (diferença de densidade óptica em áreas adjacentes) e a nitidez (presença de detalhes visíveis tais como linhas estruturais finas, bordas de tecidos ou estruturas de interesse diagnóstico), os radiologistas opinaram que as imagens adquiridas com os parâmetros de exposição sugeridos pelo método computacional proposto proporcionaram um bom diagnóstico. Além disso, os valores de densidade óptica medidos nas imagens radiográficas numa posição correspondente ao centro do campo de radiação também apresentaram uma boa correlação com aqueles calculados pelo método, em torno de 90%. Este método pode se tornar também um valioso recurso didático para treinamento de novos profissionais para o setor radiológico.

Radiographic images of good quality allow adequate diagnosis. However imperfections in the selection process of exposure parameters, or during the film processing, generate erroneous interpretations or exam repetition, resulting in major exposure of patients to the radiation, and increasing the clinical time and costs. This article presents a computer method that helps the choice of better exposure parameters. The optical densities had been simulated taking into account tissue composition and thickness of the anatomical structure, characteristics of the X-ray equipment and screen-film system, and radiographic exposure parameters optimized according to rules found in literature. Five experienced radiologists evaluated the radiographic images obtained from anthropomorphic phantoms with the exposure parameters suggested by proposed method (named MD), and also with others parameters found in literature. After analyzing the image contrast and sharpness, they declared that the MD images provide a good diagnosis. Besides, the optical density values measured in these radiographic images on the position corresponding to the center of radiation field presented a good agreement (correlation of 90%) with those values calculated by the proposed method. This method can also become a valuable didactic resource for training of new professionals for the radiological sector.