Modelagem e otimização de posicionamento de eletrodos para auxílio ao tratamento ETCC para portadores de microcefalia

  • João Paulo Silva de Freitas UFSJ
  • Joventino Oliveira Campos UFJF
  • Carolina Ribeiro Xavier UFSJ

Resumo


O vírus Zika (ZIKAV), transmitido pelo Aedes aegypti, tornou-se uma emergência global devido à sua ligação com a microcefalia, uma condição neurológica que exige novas estratégias terapêuticas. No entanto, essa é uma patologia que afeta predominantemente populações em situação de vulnerabilidade socioeconômica e que recebem pouca atenção da indústria farmacêutica por não oferecerem retornos lucrativos atrativos, sendo considerada uma doença tropical negligenciada. Este trabalho propõe um modelo personalizado para simulação e otimização da Estimulação Transcraniana por Corrente Contínua (ETCC) em pacientes com microcefalia, visando superar as limitações de ferramentas padrão em anatomias atípicas. Utilizando imagens de ressonância magnética de cada paciente, gerou-se malhas tridimensionais de elementos finitos para modelar a distribuição do potencial elétrico via equação de Laplace. Para otimizar o posicionamento dos eletrodos e a intensidade da corrente, implementou-se um algoritmo genético com inicialização via K-means em ambiente Python, utilizando a biblioteca FEniCS para lidar com os métodos dos elementos finitos. Os resultados demonstraram que o modelo é estatisticamente robusto e capaz de direcionar a estimulação de forma coerente para a região-alvo, apresentando-se como uma alternativa viável para o planejamento terapêutico individualizado em casos de Síndrome Congênita do Zika.

Referências

Corrêa, B. S. C. (2022). Efeitos da estimulação transcraniana de corrente contínua e sugestão hipnótica na tolerância à dor e excitabilidade cortical na fibromialgia: um ensaio clínico randomizado cruzado.

Datta, A., Bikson, M., and Fregni, F. (2010). Transcranial direct current stimulation in patients with skull defects and skull plates: high-resolution computational fem study of factors altering cortical current flow. Neuroimage, 52(4):1268–1278.

G1 (2023). Notificações de casos de Zika vírus crescem no país; somente na região Sudeste, aumento foi de mais de 1600%.

Gillick, B. T., Kirton, A., Carmel, J. B., Minhas, P., and Bikson, M. (2014). Pediatric stroke and transcranial direct current stimulation: methods for rational individualized dose optimization. Frontiers in Human Neuroscience, 8:739.

Langtangen, H. P. and Logg, A. (2017). Solving PDEs in python: the FEniCS tutorial I. Springer Nature.

Lefaucheur, J.-P., Antal, A., Ayache, S. S., Benninger, D. H., Brunelin, J., Cogiamanian, F., Cotelli, M., De Ridder, D., Ferrucci, R., Langguth, B., et al. (2017). Evidence-based guidelines on the therapeutic use of transcranial direct current stimulation (tdcs). Clinical neurophysiology, 128(1):56–92.

Liu, Z. et al. (2024). Personalized optimization of pediatric HD-tDCS for dose consistency and target engagement. arXiv preprint arXiv:2512.01406.

Ministério da Saúde (2024). Boletim Epidemiológico - Volume 55 - Nº 11: Monitoramento dos casos de arboviroses urbanas transmitidas pelo Aedes (dengue, chikungunya e Zika), semanas epidemiológicas 1 a 23, 2024. Acesso em: 23 jun. 2025.

Neuling, T., Wagner, S., Wolters, C. H., Zaehle, T., and Herrmann, C. S. (2012). Finite-element model predicts current density distribution for clinical applications of tdcs and tacs. Frontiers in psychiatry, 3:83.

Opitz, A., Paulus, W., Will, S., Antunes, A., and Thielscher, A. (2015). Determinants of the electric field during transcranial direct current stimulation. Neuroimage, 109:140–150.

Rampersad, S. M., Janssen, A. M., Lucka, F., Aydin, Ü., Lanfer, B., Lew, S., Wolters, C. H., Stegeman, D. F., and Oostendorp, T. F. (2014). Simulating transcranial direct current stimulation with a detailed anisotropic human head model. IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering, 22(3):441–452.

Rios, D. M., Correia Rios, M., Bandeira, I. D., Queiros Campbell, F., de Carvalho Vaz, D., and Lucena, R. (2018). Impact of transcranial direct current stimulation on reading skills of children and adolescents with dyslexia. Child neurology open, 5:2329048X18798255.

Saleem, G. T., Crasta, J. E., Slomine, B., Cantarero, G. L., and Suskauer, S. J. (2018). Transcranial direct current stimulation in pediatric motor disorders: A systematic review and meta-analysis. Archives of Physical Medicine and Rehabilitation, 100(4):724–738.

Tavakoli, R., Sadjedi, H., and Firoozabadi, S. (2013). Optimal electrode placement in transcranial direct current stimulation via genetic algorithm. In 2013 21st Iranian Conference on Electrical Engineering (ICEE), pages 1–6. IEEE.

Teixeira, G. A., Dantas, D. N. A., Carvalho, G. A. F. d. L., Silva, A. N. d., Lira, A. L. B. d. C., and Enders, B. C. (2020). Análise do conceito síndrome congênita pelo zika vírus. Ciência & Saúde Coletiva, 25:567–574.

van Boekholdt, L., Kerstens, S., Khatoun, A., Asamoah, B., and Mc Laughlin, M. (2021). tdcs peripheral nerve stimulation: a neglected mode of action? Molecular psychiatry, 26(2):456–461.

Van Hoornweder, S., Cappozzo, V., De Herde, L., Puonti, O., Siebner, H. R., Meesen, L. J. R., and Thielscher, A. (2024). Head and shoulders: The impact of an extended head model on the simulation and optimization of transcranial electric stimulation. Imaging Neuroscience.

Vasconcelos, P. F. d. C. (2015). Doença pelo vírus zika: um novo problema emergente nas américas? Revista Pan-Amazônica de Saúde, 6(2):9–10.

Xie, J., Zhou, C., Ngaruwenayo, G., Wu, M., Jiang, X., and Li, X. (2023). Dosage consideration for transcranial direct current stimulation in post-stroke dysphagia: A systematic review and network meta-analysis. Frontiers in Neurology, 14:1098831.
Publicado
01/06/2026
FREITAS, João Paulo Silva de; CAMPOS, Joventino Oliveira; XAVIER, Carolina Ribeiro. Modelagem e otimização de posicionamento de eletrodos para auxílio ao tratamento ETCC para portadores de microcefalia. In: WORKSHOP DE COMPUTAÇÃO APLICADA ÀS DOENÇAS TROPICAIS NEGLIGENCIADAS - SIMPÓSIO BRASILEIRO DE COMPUTAÇÃO APLICADA À SAÚDE (SBCAS), 26. , 2026, Ouro Preto/MG. Anais [...]. Porto Alegre: Sociedade Brasileira de Computação, 2026 . p. 216-227. ISSN 2763-8987. DOI: https://doi.org/10.5753/sbcas_estendido.2026.25331.