L’applicazione di Intelligent Imaging Analysis Systems che utilizzano l’intelligenza artificiale, il deep learning e il machine learning sono da considerarsi strumenti che possono entrare nella pratica medica quotidiana fornendo un deciso miglioramento nei processi di diagnosi e cura con un’adeguata precisione scientificamente provata.
GAN e diagnostica per immagini: applicazioni, limiti, nuove frontiere
Indice degli argomenti
Soluzioni innovative
La sensibilità di Fondazione Poliambulanza nei confronti della patologia ischemica acuta cerebrale è ampiamente nota data la presenza in struttura di una Stroke Unit molto attiva. Sono 10 anni che la cura dello stroke ischemico cerebrale è stata completata con la trombolisi per via endovascolare, con relativo miglioramento della prognosi. Un’adeguata selezione del paziente è indispensabile per la corretta applicazione delle importanti terapie utilizzate al fine di moltiplicare i successi e ridurre le complicazioni.
Per questo motivo, su spinta del personale medico che opera su queste casistiche, è stata fatta un’analisi per individuare sul mercato soluzioni innovative che potessero aiutare a migliorare l’inquadramento iniziale dei pazienti. In partnership con un nostro fornitore è stato selezionato un sistema la cui introduzione ha permesso di accelerare lo svolgimento del corredo diagnostico necessario alla selezione dei pazienti candidabili alla terapia trombolitica.
Una volta eseguito lo studio TC perfusionale e l’angioTC trifasica, grazie a questo sistema, si dispone di un’automatica ed immediata ricostruzione delle mappe perfusionali e dell’angioTC, con responso istantaneo nei riguardi del mismatch tra volume di encefalo infartuato e volume invece salvabile.
Normalmente questo tipo di analisi richiede l’operatività di un medico neuroradiologo che, sulle console delle diagnostiche, esegue le ricostruzioni e deve interpretare manualmente il caso con diversi svantaggi, primo fra tutto il tempo che mediamente è di 20 minuti. Si tratta, inoltre, di un’attività uomo-dipendente con tutti i limiti del caso, compreso il fatto che spesso, è lo stesso neuroradiologo ad eseguire sia la diagnosi che la terapia.
Con il nuovo sistema invece l’analisi avviene in modo automatico in pochi minuti e tutti gli operatori coinvolti nella cura del paziente vengono tempestivamente informati, tramite un’innovativa applicazione installabile su smartphone, sullo stato della perfusione cerebrale del paziente e dello stato dei vasi cerebrali, potendo consapevolmente optare per il migliore comportamento terapeutico. L’app permette la consultazione delle informazioni, delle immagini ma anche l’interazione tra i soggetti del team che ha in carico la cura del paziente. Nella cura dello stroke ischemico acuto cerebrale il tempo è il nemico numero uno e questo sistema consente di ridurlo in modo significativo.
I principali vantaggi sono quindi: riduzione del tempo decisionale, facilità di inquadramento del paziente in fase iniziale, miglioramento dell’aspettativa e qualità di vita, riduzione dei tempi di riabilitazione del paziente, riduzione dei costi complessivi di gestione del paziente e standardizzazione del processo di valutazione.
Architettura del sistema
L’architettura del sistema prevede un server virtuale ospitato presso il datacenter della nostra struttura, sul quale sono installate le componenti software, si tratta di un Intelligent Imaging Analysis Systems che utilizza algoritmi costruiti con tecniche di intelligenza artificiale e di deep learning in grado di elaborare immagini cliniche e rilevare anomalie celebrali in tempi molto rapidi. Il server dialoga con un’altra macchina virtuale posizionata in cloud che si occupa della gestione e interazione con l’applicazione mobile.
Le sequenze di immagini che compongono gli studi vengono trasferite dalle diagnostiche TC e RM, tramite protocollo DICOM, direttamente al server di gestione che li ordina e classifica nella classica gerarchia, paziente, studio, serie e istanza.
Un processo di validazione iniziale controlla se i dati ricevuti (immagini) sono completi e possono essere considerati idonei a uno specifico modulo di analisi di back-end, in caso positivo il sistema programma l’elaborazione dei dati secondo una pianificazione che tiene conto del tipo di analisi da effettuare e di possibili priorità configurabili.
I tempi complessivi di elaborazione sono molto ridotti, in condizioni normali di esercizio si tratta di qualche minuto, di norma inferiore ai tre minuti. Se l’operazione viene completata correttamente, i risultati saranno resi disponibili a una o più delle eseguenti destinazioni configurate a piacere, nel nostro caso sono state scelte tutte:
- accesso tramite GUI direttamente sul server di gestione,
- push dei risultati a nodi DICOM di destinazione (ad esempio il PACS aziendale),
- invio tramite e-mail a un elenco definito di destinatari,
- push dei risultati su specifica app mobile.
In particolare, la soluzione app mobile (disponibile su Google Play e iOS App stores), permette l’accesso diretto ai risultati immediatamente al termine dell’elaborazione, quindi pochi minuti, fornendo anche la possibilità di definire dei presets, manipolare le immagini (rotazione sui tre assi, zoom, e quant’altro), selezione dello spessore MIPS.
Oltre a questo fornisce anche meccanismi di comunicazione diretta tra gli operatori del team medico, fornendo servizi di messaggistica istantanea, chiamata diretta, notifiche, centralizzazione dei casi dei pazienti
Per quanto riguarda gli aspetti inerenti sicurezza e privacy, la soluzione è stata sviluppata utilizzando il framework di sicurezza informatica del National Institute of Standards and Technology (NIST) ed è inoltre conforme a HIPAA, GDPR, ISO 13485 e ISO 27001.
Gestione del cambiamento
Il personale medico è stato coinvolto in un processo formativo certificato in modo da garantire un corretto apprendimento delle funzionalità e delle tecnologie fornite dal sistema. Inoltre per un migliore assetto si è eseguito un refresh e retraining del personale tecnico sanitario di Radiologia medica per l’ottimizzazione dell’esecuzione ed acquisizione delle indagini base: TC encefalo base, angioTC base e trifasica, CT perfusione. Per migliorare anche il lato paziente si è acquisito il sistema shuttle per gli apparecchi CT GE installati che consente l’esecuzione in singola scansione della perfusione cerebrale con una sola somministrazione di bolo di mdc e.v., risparmio di quantità di contrasto somministrato al paziente (1/2 della dose somministrata senza software shuttle).
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Risultati Ottenuti
Il sistema è in uso dal 2021 con un significativo miglioramento dei tempi decisionali che si traduce nel miglioramento qualitativo e quantitativo misurabile in termini di outcome del paziente a medio e lungo termine. In sintesi si riesce mediamente ad anticipare di circa 35 minuti l’arrivo del paziente in sala angiografica, iniziando la procedura di trombolisi venosa o endovascolare a seconda delle necessità.
Lo studio perfusionale TC consente di verificare la presenza di mismatch ossia la differenza tra volume infartuato e volume salvabile, questo dato consente di includere nell’indicazione di trombolisi anche pazienti che, con il solo giudizio clinico verrebbero esclusi: stroke del risveglio dal timing incerto, per esempio, beneficiando un 5% dei pazienti che verrebbero esclusi a priori.
Ogni minuto in cui un ictus ischemico di un grande vaso non viene trattato, il paziente medio perde 1,9 milioni di neuroni, 14 miliardi di sinapsi e 12 km (7 miglia) di fibre assonali mielinizzate. Ogni ora in cui il trattamento non viene applicato, il cervello perde tanti neuroni quanti ne perde in quasi 3,6 anni di vita normale come spiega lo studio “Time is brain – Quantified” di Jeffrey L. Saver.
Inoltre, lo studio statunitense “Impact of RapidAI mobile application on treatment times in patients with large vessel occlusion” di Mais Al-Kawaz, Christopher Primiani, Victor Urrutia, Ferdinand Hui, ha dimostrato come l’uso del software RapidAI mobile, ha portato a una riduzione di 35,5 minuti nei tempi.
Conclusioni e sviluppi futuri
Ogni anno, gli ictus colpiscono circa 15 milioni di persone in tutto il mondo, causando 5 milioni di morti e permanenti disabilità in altri 5 milioni. C’è una finestra estremamente breve per trattare questa condizione da quando si osservano i primi sintomi. Una diagnosi accurata e una comprensione precisa dell’entità del danno cerebrale possono aiutare a determinare il regime ottimale di trattamento.
L’attuale pratica dei medici che visualizzano e classificano manualmente le immagini mediche per identificare le anomalie legate all’ictus è un processo impegnativo e che richiede tempo. Il metodo è anche soggetto a possibili errori che si possono tradurre in una diagnosi imprecisa. L’interpretazione delle immagini da parte del medico è infatti un’attività soggettiva, basata sul livello di esperienza raggiunto dall’operatore.
Si prevede un’estensione di queste tecnologie portandole direttamente sulle diagnostiche in modo da agevolare ulteriormente gli operatori e fornendo un’indicazione ancora più immediata.
Altro aspetto evolutivo è la possibilità di supportare altre strutture sanitarie sul territorio, che non dispongono delle competenze e delle tecnologie idonee per una gestione così efficiente di questo tipo di patologia.
