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Aneurisma: un approccio per monitorarlo con l’intelligenza artificiale

Nasce una piattaforma di AI che potrebbe supportare i medici nel monitoraggio di un aneurisma o di altre anomalie dei vasi sanguigni.

Categorie Innovazione

Un team internazionale di ricercatori della Nanyang Technological University di Singapore (NTU Singapore), della Brown University e del Massachusetts Institute of Technology (MIT) ha creato una piattaforma di intelligenza artificiale (AI) che, congiuntamente con un dispositivo microfluidico, potrebbe essere utilizzata per valutare le malattie vascolari caratterizzate da condizioni anomali dei vasi sanguigni, soprattutto a livello dei piccoli vasi che, ad esempio, potrebbero presentare un micro aneurisma.

La piattaforma AI per valutare un aneurisma

Le attuali tecnologie non permettono di osservare i processi biologici nel microcircolo in tempo reale. Di conseguenza, è difficile monitorare cosa avviene a livello dei piccoli vasi, ad esempio quando si crea un coagulo di sangue oppure quando si verifica la rottura di un micro aneurisma, ovvero una dilatazione progressiva del segmento vascolare.

aneurisma
Immagine esplicativa di un aneurisma. Credits: BENECH.

Considerando perciò i limiti delle tecnologie disponibili per la valutazione del flusso sanguigno in vivo, sono stati sviluppati metodi in vitro. Si tratta di metodi che, tramite dei microchip, cercano di replicare le condizioni fisiologiche. Bisogna però considerare che è comunque difficile analizzare correttamente i flussi sanguigni quando i vasi hanno geometrie complesse, un esempio sono proprio i vasi sanguigni con un aneurisma.

Il team di scienziati ha sviluppato un nuovo approccio per l’analisi di questi vasi, lo studio è pubblicato su Proceedings of The National Academy of Sciences (PNAS). La piattaforma AI combina le tecniche di machine learning con l’utilizzo di un microchip che simula il flusso sanguigno alla micro scala.

Le tecniche di machine learning sono state utilizzate per valutare il flusso sanguigno, analizzando: campi di velocità, pressione e sforzo di taglio. L’analisi di questi valori, ad esempio la presenza di un brusco cambiamento di velocità, è importante per il monitoraggio delle malattie vascolari. La valutazione viene effettuata tenendo conto delle leggi fisiche, a partire da una sequenza di immagini in 2D ottenute dal chip microfluidico. Quindi la piattaforma AI, grazie all’utilizzo delle reti neurali, ha calcolato i valori emodinamici importanti per la valutazione delle lesioni vascolari.

L’utilizzo della piattaforma per l’aneurisma retinico

Le capacità della piattaforma AI sono state dimostrate a partire dalla progettazione di un sistema microfluidico. Quest’ultimo ha simulato il flusso sanguigno imitando la presenza di microaneurismi (Micro – Aneurysm- On – A- Chip) a livello degli occhi. Questi microaneurismi possono essere i primi segni clinicamente visibili di retinopatia diabetica, ovvero una complicanza del diabete, che potrebbe compromettere la capacità visiva dei pazienti.

Il sistema microfluidico è perciò costituito da vari micro canali, di diverse dimensioni, che si intersecano fra loro. In questo modo, è stata replicata la microvascolarizzazione retinica dei pazienti affetti da retinopatia diabetica. Un campione di sangue da 20 microlitri è stato caricato sul chip ed una telecamera ha catturato le immagini del sangue che si muove attraverso i microcanali.

aneurisma su chip
Aneurisma su chip. Credits: NTU Singapore.

La piattaforma AI, utilizzando reti neurali, è stata usata per dedurre automaticamente il campo di flusso sanguigno e per quantificare i parametri importanti per l’emodinamica, come la velocità del flusso. Per valutare l’affidabilità e l’accuratezza della piattaforma, i risultati ottenuti sono stati confrontati con i risultati di diversi metodi sperimentali e computazionali.

L’algoritmo di intelligenza artificiale (AI) ha permesso di ottenere informazioni accurate e affidabili. Inoltre, l’algoritmo è risultato essere più efficace rispetto ai metodi esistenti, specialmente quando i dati sperimentali sono pochi.

L’importanza di questa nuova tecnologia

Questa nuova tecnologia potrebbe diventare un potente strumento per la diagnosi e il monitoraggio di microaneurismi a partire da dati clinici. Il suo utilizzo, combinato con immagini catturate da dispositivi microfluidici che simulano il flusso sanguigno, potrebbe essere finalizzato alla previsione di caratteristiche del flusso per monitorare non soltanto la retinopatia diabetica, ma anche altre malattie vascolari.

I dispositivi microfluidici potrebbero infatti essere utilizzati per simulare gli aneurismi, ma anche altre geometrie vascolari complesse. Questa piattaforma di intelligenza artificiale potrà essere usata per prevedere le caratteristiche del flusso sanguigno e quindi per supportare i medici nel monitoraggio dell’evoluzione delle malattie vascolari nei pazienti.