I ricercatori della Johns Hopkins University vogliono creare un modello 3D del vostro cuore per prevedere un problema potenzialmente letale prima che si verifichi.
Avrete un arresto cardiaco? Una nuova tecnologia può prevedere se e quando
Di Natalie Sabin
26 aprile 2022 C I decessi dovuti a COVID-19 possono aver attirato l'attenzione ultimamente, ma le malattie cardiache rimangono la principale causa di morte negli Stati Uniti.
Più di 300.000 americani moriranno quest'anno a causa di un arresto cardiaco improvviso (chiamato anche morte cardiaca improvvisa, o SCD), quando il cuore smette bruscamente di funzionare.
Questi eventi si verificano all'improvviso e spesso senza preavviso, rendendoli quasi impossibili da prevedere. Ma le cose potrebbero cambiare, grazie alla tecnologia di imaging 3D e di intelligenza artificiale (AI) allo studio presso la Johns Hopkins University.
Qui i ricercatori stanno lavorando per creare modelli più accurati e personalizzati del cuore C e non di un cuore qualsiasi, ma del vostro cuore, se avete una malattia cardiaca.
Al momento, un medico può solo dire se un paziente è a rischio o meno di morte improvvisa, afferma Dan Popescu, PhD, ricercatore della Johns Hopkins e primo autore di un nuovo studio sulla capacità delle IA di prevedere l'arresto cardiaco improvviso. Con questa nuova tecnologia, è possibile avere previsioni molto più sfumate sulla probabilità di un evento nel tempo.
In altre parole: Con l'intelligenza artificiale, i medici potrebbero essere in grado non solo di prevedere se una persona è a rischio di arresto cardiaco improvviso, ma anche quando è più probabile che si verifichi. Per farlo, possono utilizzare un'analisi molto più chiara e personalizzata del cablaggio elettrico del cuore.
Il cuore, il conduttore
Il cuore non è solo un metronomo responsabile di mantenere un flusso costante di sangue verso i tessuti a ogni battito. È anche un conduttore attraverso il quale scorre l'energia vitale.
Per far battere il cuore, gli impulsi elettrici scorrono dall'alto verso il basso dell'organo. Le cellule cardiache sane trasmettono questa elettricità senza soluzione di continuità. Ma in un cuore danneggiato da un'infiammazione o da un attacco cardiaco pregresso, il tessuto cicatriziale blocca il flusso di energia.
Quando un impulso elettrico incontra un'area cicatrizzata, il segnale può diventare irregolare, interrompendo il percorso impostato dall'alto verso il basso e causando battiti cardiaci irregolari (aritmie), che aumentano il rischio di morte cardiaca improvvisa.
Vedere il cuore in 3D
I test di oggi offrono alcune informazioni sulla composizione del cuore. Per esempio, la risonanza magnetica può rivelare aree danneggiate. La PET può mostrare l'infiammazione. E gli elettrocardiogrammi possono registrare i segnali elettrici del cuore da battito a battito.
Ma tutte queste tecnologie offrono solo un'istantanea, mostrando la salute del cuore in un momento preciso. Non possono prevedere il futuro. Ecco perché gli scienziati della Johns Hopkins si stanno spingendo oltre, sviluppando repliche digitali in 3D del cuore di una persona, note come modelli cardiaci computazionali.
I modelli computazionali sono repliche simulate al computer che combinano matematica, fisica e informatica. Questi modelli esistono da molto tempo e sono utilizzati in molti campi, dalla produzione all'economia.
In medicina cardiaca, questi modelli sono popolati da cellule digitali, che imitano le cellule viventi e possono essere programmate con proprietà elettriche diverse, a seconda che siano sane o malate.
Le immagini e i test attualmente disponibili (risonanze magnetiche, PET, elettrocardiogrammi) forniscono una rappresentazione della cicatrizzazione, ma non possono essere tradotti in ciò che accadrà nel tempo, spiega Natalia Trayanova, PhD, del Dipartimento di Ingegneria Biomedica della Johns Hopkins.
Con i modelli cardiaci computazionali, creiamo un'immagine digitale dinamica del cuore. Possiamo poi dare all'immagine digitale uno stimolo elettrico e valutare come il cuore è in grado di rispondere. In questo modo è possibile prevedere meglio ciò che accadrà.
I modelli 3D computerizzati significano anche un trattamento migliore e più accurato per le condizioni cardiache.
Per esempio, un trattamento comune per un tipo di aritmia nota come fibrillazione atriale è l'ablazione, ovvero la combustione del tessuto cardiaco. L'ablazione blocca gli impulsi elettrici irregolari che causano l'aritmia, ma può anche danneggiare le cellule cardiache altrimenti sane.
Un modello cardiaco computazionale personalizzato potrebbe consentire ai medici di individuare con maggiore precisione le aree da trattare o meno per un determinato paziente.
Usare l'intelligenza artificiale dell'apprendimento profondo per prevedere i risultati della salute
Popescu, collega di Trayanova, sta applicando l'apprendimento profondo e l'IA per fare di più con i modelli cardiaci computerizzati per prevedere il futuro.
In un recente articolo pubblicato su Nature Cardiovascular Research, il team di ricerca ha dimostrato che il suo algoritmo ha valutato la salute di 269 pazienti ed è stato in grado di prevedere la possibilità di un arresto cardiaco improvviso fino a 10 anni prima.
Per quanto ne sappiamo, questa è davvero la prima volta in cui la tecnologia di deep learning si è dimostrata in grado di analizzare le cicatrici del cuore con successo, afferma Popescu.
Popescu e Trayanova affermano che l'algoritmo di intelligenza artificiale raccoglie informazioni dai modelli cardiaci computazionali 3D con i dati del paziente, come risonanze magnetiche, etnia, età, stile di vita e altre informazioni cliniche. L'analisi di tutti questi dati può produrre stime accurate e coerenti sulla durata della vita dei pazienti a rischio di morte improvvisa.
Non ci si può permettere di sbagliare. Se ci si sbaglia, si può avere un impatto drammatico sulla qualità della vita dei pazienti", spiega Popescu. L'utilizzo di questa tecnologia da parte dei medici nel processo decisionale garantirà la sicurezza di una diagnosi e di una prognosi migliori.
Anche se lo studio attuale riguardava specificamente i pazienti con un particolare tipo di malattia cardiaca, Popescu afferma che il suo algoritmo può essere addestrato anche per valutare altre condizioni di salute.
Quando si potrebbe vedere l'utilizzo di questo sistema al di fuori di uno studio di ricerca? Trayanova prevede che l'imaging 3D dei modelli cardiaci potrebbe essere disponibile entro 2 anni, ma prima la tecnica deve essere testata in più studi clinici, alcuni dei quali sono in corso proprio in questi giorni.
L'aggiunta dell'intelligenza artificiale ai modelli cardiaci richiederà altri studi e l'approvazione della FDA, quindi la tempistica è meno chiara. Ma forse l'ostacolo più grande è che, dopo l'approvazione, le tecnologie dovranno essere adottate e utilizzate da medici e operatori.
La domanda più difficile a cui rispondere è: quando i medici saranno perfettamente a loro agio con gli strumenti di IA? E non conosco la risposta, dice Popescu. Come utilizzare l'IA come ausilio nel processo decisionale è qualcosa che attualmente non viene insegnato.
