Piattaforma di intelligenza artificiale a supporto della diagnosi e del monitoraggio dei microaneurismi retinici

Un team congiunto di scienziati ha sviluppato una piattaforma di intelligenza artificiale in grado, insieme a un particolare chip microfluidico, di supportare i medici nel monitoraggio del flusso sanguigno nei micro-vasi dell’occhio umano.

TAKEAWAY

  • I microaneurismi ai danni dei piccoli vasi sanguigni all’interno dell’occhio – segnale di retinopatia nei pazienti diabetici – possono portare al rischio di sanguinamenti, emorragie retiniche e alla perdita della vista.
  • Nonostante i progressi delle tecniche di imaging alla base di evoluti esami diagnostici, ad oggi non è possibile osservare in tempo reale, al microscopio, processi biologici come la rottura di un microaneurisma nei vasi sanguigni dell’occhio umano.
  • Un team congiunto di scienziati, per scavalcare questo limite, ha sviluppato una inedita tecnologia che coniuga tecniche che fanno capo all’ambito di studi dell’intelligenza artificiale e un particolare chip microfluidico.

Di intelligenza artificiale e microaneurismi retinici si è recentemente occupato un team congiunto di scienziati – provenienti dalla Nanyang Technological University (NTU) di Singapore, dalla Brown University nello Stato di Rhode Island (USA) e dal Massachusetts Institute of Technology (MIT) – nell’ambito di uno studio di cui si è parlato negli atti della National Academy of Sciences USA il 22 marzo 2021.

L’inedito gruppo di studio è partito da una considerazione precisa. Nonostante i progressi delle tecniche di imaging alla base di esami diagnostici quali ecografia oculare, fluorangiografia e retinografia, e nonostante l’utilizzo dell’evoluta Tomografia ottica a coerenza di fase (in inglese Optical Coherence Tomography, OCT, conosciuta in Italia come “Tomografia a coerenza ottica”), ad oggi non è possibile osservare in tempo reale, al microscopio, processi biologici come la rottura di un microaneurisma nei vasi sanguigni dell’occhio umano e la conseguente formazione di coaguli di sangue.

In poche parole, i metodi esistenti non forniscono una valutazione accurata di quelle che sono le caratteristiche del flusso sanguigno all’interno di piccoli vasi dalle geometrie complesse come quelli dell’occhio umano.

Tecniche di machine learning e chip microfluidico per osservare il flusso di sangue nei micro-vasi dell’occhio

Quelli che colpiscono l’organo visivo, sono microaneurismi ai danni dei piccoli vasi sanguigni all’interno dell’occhio: i vasi alterati presentano zone di indebolimento, con dilatazione della parete (microaneurismi) e il rischio di sanguinamenti e di emorragie retiniche. Nei pazienti diabetici, i microaneurismi dell’occhio sono il primo segnale di retinopatia, patologia che può portare alla perdita della vista.

Con l’obiettivo di saperne di più su tale malattia e di riuscire a capire come poterla “osservare” nel momento esatto in cui si manifesta ed evolve, la scienza si è avvalsa di dispositivi microfluidici tradizionali, capaci di immettere minuscole quantità di liquidi in minuscoli canali scolpiti in un microchip, al fine di imitare – per poterle studiare – le condizioni fisiologiche della malattia vascolare ai danni della retina.

Ma il team di ricercatori metà malese e metà USA è andato oltre, sviluppando una piattaforma di intelligenza artificiale che coniuga tecniche di machine learning e un particolare chip microfluidico più piccolo di una miniatura per il monitoraggio del flusso del sangue nei micro-vasi dell’occhio. In questo modo, il filo tra intelligenza artificiale e microaneurismi retinici è stato intrecciato.

Più nel dettaglio, la piattaforma lavora su un “microaneurysm-on-a-chip”, dispositivo microfluidico che il team di ricercatori ha appositamente progettato per imitare il flusso sanguigno nei microaneurismi “rotondi”, ossia il tipo più comune rilevato nei pazienti colpiti da retinopatia diabetica.

Un campione di sangue da 20 microlitri – ovvero circa mezza goccia di sangue – è stato caricato sul chip e una telecamera ad alta velocità è stata utilizzata per catturare le immagini del sangue che si muove attraverso i microcanali del chip. Immagini che sono state quindi trasferite al sistema AI, il cui algoritmo di machine learning è riuscito a prevedere con esattezza le caratteristiche della circolazione sanguigna all’interno del flusso.

intelligenza artificiale e microaneurismi retinici
Simulazione di microaneurismi retinici rotondi – il tipo più comune rilevato nei pazienti con retinopatia diabetica – da parte del chip microfluidico progettato dal team di ricerca (Credit: Nanyang Technological University, Singapore).

Intelligenza artificiale e microaneurismi retinici: la sfida ora è seguire l’evoluzione della malattia. Ma si pensa già ad altre applicazioni.

Spiega il professor Subra Suresh, autore senior dello studio:

Attualmente, misurare la meccanica del flusso di sangue nei vasi sanguigni più piccoli del corpo richiede attrezzature sofisticate e personale medico-sanitario particolarmente qualificato. La nostra piattaforma integra immagini e dati, consentendo un’analisi accurata, e allo stesso tempo rapida, della microcircolazione all’interno di una determinata rete di vasi, al fine di valutare la lesione vascolare e lo stato della malattia

In questo momento il team ha come obiettivo quello di testare la propria piattaforma di intelligenza artificiale sui dati di imaging clinico dei microaneurismi retinici (e non su dati video simulati, come è accaduto durante i primi test), per poter così correlare le caratteristiche dei flussi sanguigni rilevate dalle immagini e i dati relativi, ad esempio, allo stadio della malattia, alle caratteristiche dei pazienti e ai potenziali rischi.

In tema di intelligenza artificiale e microaneurismi retinici, i ricercatori ritengono che, utilizzando immagini vere, tratte da microaneurismi reali, la tecnologia messa a punto possa diventare un potente strumento nella diagnosi e nel monitoraggio dell’evoluzione dei microaneurismi della retina.

Potrebbe anche essere combinata con dispositivi microfluidici che simulano altri tipi di disturbi ai danni di altri vasi sanguigni, allo scopo di monitorare altri tipi di patologie vascolari.

Nello specifico, il chip microfluidico progettato, nei test ha previsto con precisione caratteristiche del flusso sanguigno quali velocità, pressione e sforzo di taglio. Quest’ultimo, in particolare, è dato dalla forza esercitata dal flusso sulla parete del vaso sanguigno.

La capacità della piattaforma nel determinare con accuratezza tali caratteristiche – conferma il team di ricerca – potrebbe fungere, un giorno, da supporto, per i medici, nel rilevare – attraverso il riscontro di anomalie come un brusco cambiamento della velocità o dello sforzo di taglio del flusso – la presenza di diversi tipi di malattie vascolari e di monitorarne la progressione.

Default image
Paola Cozzi
Giornalista dal solido background acquisito lavorando presso i più prestigiosi Editori italiani | Ventidue anni di esperienza nello sviluppo di prodotti editoriali b2b, cartacei e digitali | Vent'anni alla direzione di una testata b2b in tema di Sicurezza anticrimine di tipo fisico | Attualmente si dedica al Giornalismo Digitale ed esplora nuove tecniche e nuovi stili di comunicazione
Articles: 136