Intelligenza artificiale per l’eHealth: la tecnologia diventa strumento di sanità digitale

Si chiama CIRMIS ed è il nuovo Centro Interdipartimentale di Ricerca in Management Sanitario e Innovazione in Sanità. Da qui passeranno le attività di ricerca più innovative, che combinano innovazione tecnologica e cura medico-sanitaria.

TAKEAWAY

  • Il CIRMIS è il neonato Centro Interdipartimentale di Ricerca in Management Sanitario e Innovazione in Sanità, avviato all’Università Federico II di Napoli.
  • L’obiettivo: unire medicina e ingegneria, promuovere e realizzare ricerca per ottimizzare la gestione dei Servizi e dei Sistemi Sanitari.
  • Nel nuovo centro si impiegano tecniche di intelligenza artificiale per l’ehealth, ma anche robotica e realtà aumentata per aumentare la qualità e l’innovazione della sanità.

Intelligenza artificiale per l’eHealth, ovvero tecniche che fanno capo all’ambito di studi dell’AI applicate alla sanità digitale, ma anche applicazione della realtà aumentata per la chirurgia robotica e non, creazione di interfacce cervello-computer per la terapia robotica dei bambini autistici.

Sono solo alcune delle applicazioni della ricerca attive a Napoli, all’interno dell’università Federico II e che oggi proseguono nel CIRMIS, nuovo Centro Interdipartimentale di Ricerca in Management Sanitario e Innovazione in Sanità nato da una iniziativa congiunta dei Dipartimenti di Sanità Pubblica e di Ingegneria Elettrica e delle Tecnologie dell’Informazione.

L’obiettivo è unire medicina e ingegneria, promuovere e realizzare ricerche interdisciplinari e multidisciplinari per elaborare modelli e soluzioni innovative per l’ottimizzazione della gestione e della governance dei Servizi e dei Sistemi Sanitari.

Gli ambiti sono diversi e terranno conto di aspetti quali l’organizzazione dell’assistenza ospedaliera e territoriale ma anche il monitoraggio della qualità dei servizi sanitari ICT for Health. In quest’ultimo aspetto, si lavorerà su Sensing for Health, così come su Data, Logistics e Robotics for Health.

A oggi sono più di 40 professori e ricercatori della Federico II che partecipano alle attività del neocostituito Centro, espressione delle Scuole di Medicina e Chirurgia, Agraria e Medicina Veterinaria, Scienze Umane e Sociali, Politecnica delle Scienza di Base.

Intelligenza artificiale per l’eHealth, incrociando medicina e ingegneria

Il CIRMIS non è un’iniziativa a carico dell’Università, ma trae sostegno da investimenti pubblici e privati a livello nazionale ed europeo, creando opportunità di collaborazione con l’industria. A spiegare come entri in gioco l’intelligenza artificiale per l’eHealth è Pasquale Arpaia, direttore del Centro, nonché docente di Misure presso il Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Tecnologie dell’Informazione della Federico II:

Stiamo lavorando a significativi miglioramenti della precisione del pancreas artificiale, creando sia un microsensore non invasivo di biodisponibilità dell’insulina, sia un sistema di predizione intelligente di glicemia. Si tratta di una duplice soluzione tecnologica: innanzitutto in grado di misurare direttamente l’insulina biodisponibile e non quella iniettata in astratto per la basale. E poi in grado di suggerire al paziente il quantitativo ideale di insulina del bolo, considerando tutti i parametri utili per ottimizzare l’erogazione dell’ormone peptidico mediante l’applicazione di tecniche di AI

Il sistema di controllo a circuito chiuso della glicemia nel diabete combina un sensore di glucosio, un sistema di controllo e un dispositivo di infusione di insulina. Mediante l’intelligenza artificiale, anzi per la precisione il Machine Learning, sono sviluppati specifici algoritmi perché questo rilascio sia ottimizzato su misura per le effettive esigenze del paziente.

Un’altra applicazione di tecniche di intelligenza artificiale è finalizzata alla qualità della sutura in laparotomia in collaborazione con Franco Corcione, professore di chirurgia generale della Federico II: in questo caso la finalità è raggiungere un esito positivo al 100% degli interventi di sutura e per questo è stata impiegata l’artificial intelligence, ossia per fornire al medico un supporto nelle decisioni.

L’AI è combinata anche al perfezionamento della diagnostica in caso di fratture maxillo-facciali. Le fratture di questo particolare distretto rappresentano circa il 30-40% di tutte le fratture. Al Policlinico della Federico II arrivano centinaia di tac e referti relativi a fratture maxillo-facciali dagli ospedali periferici, per un consulto finalizzato alla prognosi e a suggerimenti utili per l’intervento o la terapia.

In questo caso è stato messo a punto un sistema di analisi che grazie all’impiego deep learning e di reti neurali create ad hoc, permettono di metabolizzare una quantità notevole di dati complessi e diversificati (tac, risonanze magnetiche, referti…) consentendo al medico specialista di formulare una prognosi più mirata ed efficace.

Intelligenza artificiale per l’eHealth: focus sul brain computer interface

Sempre a proposito di intelligenza artificiale per l’eHealth, specifici algoritmi sono applicati per la realizzazione di sistemi di brain computer interface. Si tratta di interfacce neurali, mezzi di comunicazione diretta tra il cervello e sistemi informatici.

Una delle finalità è interfacciare computer direttamente mediante le onde cerebrali tramite una scheda a bassissimo impatto mediante solo due elettrodi secchi. Ciò permette di pilotare un robot, per esempio, magari attraverso un visore a realtà aumentata, grazie solo alla immaginazione del paziente di muovere un arto” spiega Arpaia.

Questa interconnessione tra le interfacce cervello-computer è stata adottata per esempio per la terapia robotica dei bambini autistici o con disturbi di attenzione. In pratica, il paziente interagisce con un robot umanoide, di dimensioni pari alle sue, stabilendo così un coinvolgimento attivo, possibile anche grazie a un visore AR con cui riesce a muovere l’automa.

Questo ha avuto forti impatti sulla resa della terapia, con un incremento addirittura del 200%. Ciò avviene impiegando un caschetto contenente solo due elettrodi, poi collegati tramite una centralina al computer. Grazie a opportuni software, questo tipo di interfaccia consente di inviare comandi al computer attraverso unicamente “il pensiero” del paziente.

Realtà aumentata e AI per la riabilitazione

Un’altra frontiera della medicina è l’adozione della realtà aumentata in chirurgia. Un’applicazione riguarda il telementoring, procedimento che permette di supportare un novello chirurgo mediante l’assistenza in remoto cui è collegato un suo collega più esperto.

Grazie alla AR è anche possibile visionare l’organo su cui si va a intervenire contando su informazioni olografiche in 3D per operare con assoluta precisione sia in modalità di chirurgia robotica sia manuale.

A proposito di Sensing for Health il Centro Interdipartimentale di Ricerca sta lavorando su wearable device e teleriabilitazione. Si sta sviluppando a questo proposito con Mario di Bernardo (docente di Sistemi non lineari e controllo) in collaborazione con la Fondazione Maugeri di Pavia un sistema di tele riabilitazione adattativa che combina i principi del gaming e l’esperienza immersiva in modo da effettuare la riabilitazione in modo ludico e coinvolgente, in modo che il paziente possa trovare più piacevole il percorso di guarigione, adattandolo alle capacità del paziente.

Anche in questo caso si rivela preziosa l’intelligenza artificiale per l’ehealth, sotto forma di algoritmi adattativi in duplice forma, una matematica e un’altra euristica (Machine Learning).

Prospettive aperte di ricerca

Anche se il Centro è nato ufficialmente da poco, l’attività ferve da tempo e guarda avanti, in tema di intelligenza artificiale per l’ehealth e non solo.

Il primo grosso fronte verso cui è diretta la ricerca riguarda il rapporto uomo-macchina in un’integrazione virtuosa, in cui è possibile immaginare la presenza di nanosensori biocompatibili all’interno del corpo umano, che comunicheranno segnali attraverso di esso fornendo informazioni utili e gestite dall’interfaccia uomo-macchina contando su applicazioni di extended reality e una sinergia immersiva con essa” prevede il direttore del CIRMIS.

Sui nanosensori si stanno già ponendo le basi della ricerca: infatti, si sta lavorando per far nascere un laboratorio di nanotecnologie e nanosensoristica.

Siamo particolarmente forti sull’Internet of Things e per questo puntiamo, per il futuro, a occuparci di progettare nanosensori biocompatibili. Già oggi l’IoT entra in gioco nelle tecnologie wearable, nell’integrazione di un ambiente domotico – come può essere una casa sensorizzata – con soluzioni di monitoraggio in cui ospitare un paziente per la tele riabilitazione”.

Infine, ci sarà spazio per collaborazioni con altri centri, uno dei quali è il CERN di Ginevra, da tempo molto attivo sul settore ehealth.

Da team leader al CERN, sto lavorando alla possibilità di creare più di un legame virtuoso col CIRMIS – specifica Arpaia – Già oggi alcuni ricercatori attivi al centro di Ginevra, ma appartenenti-alla Federico II di Napoli, stanno lavorando su particolari algoritmi di Machine learning per l’ottimizzazione di alcune ricerche. Modelli di ML già impiegati per alcuni componenti magnetici impiegati per il Large Hadron Collide (l’acceleratore di particelle più grande e potente esistente al mondo – nda) possono essere impiegati anche per la ricerca sul pancreas artificiale, ma anche per la diagnostica maxillo-facciale”.

Intelligenza artificiale per l’eHealth: rischi, benefici e la questione privacy

Dalle applicazioni cliniche in settori come l’imaging e la diagnostica all’ottimizzazione del flusso di lavoro negli ospedali fino all’uso di app per la salute per valutare i sintomi di un individuo, si sa che l’intelligenza artificiale contribuirà sempre più a fare sentire il suo positivo impatto sulla sanità.

I previsori economici hanno previsto una crescita esplosiva del mercato sanitario dell’AI nei prossimi anni; secondo un’analisi di Accenture, le dimensioni del mercato aumenteranno di oltre 10 volte tra il 2014 e il 2021. Con questa crescita arrivano molte sfide, ed è fondamentale che l’artificial intelligence sia implementata nel sistema sanitario in modo etico e legale.

La consapevolezza che la salute digitale vada salvaguardata anche tutelando la privacy dei pazienti è ben chiara al CIRMIS. Per questo il Centro ha stilato un accordo quadro con l’Università degli Studi Suor Orsola Benincasa di Napoli e in particolare col team di ricerca di Lucilla Gatt, docente di scienze giuridiche, dedicato a dirimere le questioni legali poste dalle nuove tecnologie, compresa l’intelligenza artificiale per l’ehealth.

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Andrea Ballocchi
Giornalista specializzato in tecnologia, focalizzato su temi che riguardano l'Internet of Things e le tecnologie emergenti che hanno un impatto significativo sulla vita quotidiana e su quella futura. Oltre alla tecnologia si occupa anche di temi legati alla sostenibilità ambientale e non solo (edilizia, architettura, design...)
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