Cientistas da UFPB desenvolvem algoritmo que detecta insuficiência cardíaca por meio da voz humana

Na Universidade Federal da Paraíba (UFPB), a inteligência artificial (IA) tem sido utilizada em prol do avanço da ciência. Um exemplo disso é 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. 

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 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). 

Esse algoritmo ‘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. 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. 

Registro no INPI e próximos passos

Pelo fato de serem regidas por leis diferentes, duas patentes relacionadas ao ‘Marcador de Vozes’ – 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. 

Mesmo assim, a UFPB prosseguiu em angariar apoio para a ferramenta e seus criadores, tendo aprovado, em outubro deste ano, 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”, enumera o professor Marcelo Dantas.

Relação com a Engenharia Mecânica

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.

“Sugeri a um aluno de mestrado que procurasse alguma aplicação das engenharias na área da saúde. Este aluno, por meio de um outro estudante, chegou ao Professor Marcelo Tavares, do CCM, que procurava ajuda para desenvolver técnicas de diagnóstico utilizando imagem e vídeo de exames do coração humano, e a ideia do uso da voz surgiu em uma de nossas reuniões”, conta o Professor Marcelo Cavalcanti Rodrigues, do Departamento de Engenharia Mecânica (DEM) da UFPB.

Na avaliação deste docente, a interdisciplinaridade contribui consideravelmente para o avanço da ciência. “Existem lacunas a serem preenchidas em todas as áreas, com técnicas disponíveis em outras”, finaliza o docente.