Μια καινοτόμος μέθοδος με υποστήριξη τεχνητής νοημοσύνης για την ανάλυση αθηρωματικών πλακών σε ποντίκια αναπτύχθηκε σε συνεργασία μεταξύ του Ινστιτούτου Ιατρικής Τεχνολογίας και του Ινστιτούτου Καρδιογενετικής του Πανεπιστημίου του Lübeck και του ερευνητικού ιδρύματος Fraunhofer για την εξατομικευμένη και κυτταρική ιατρική μηχανική IMTE.

Αυτό μπορεί να βελτιώσει σημαντικά την αποτελεσματικότητα στην ιατρική έρευνα.

Η βασισμένη στην τεχνητή νοημοσύνη τμηματοποίηση αρτηριών και η ποσοτικοποίηση της πλάκας σε μοντέλα ποντικιών είναι το αντικείμενο μιας νέας δημοσίευσης που έλαβε χώρα στις 23 Απριλίου στο φημισμένο περιοδικό "Scientific Reports".

Η μελέτη αυτή περιγράφει μια διαδικασία πολλαπλών σταδίων που μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αυτόματη ανάλυση ιστολογικών τμηματικών εικόνων της ρίζας της αορτής με χρώση Oil Red O.

Οι αθηρωματικές πλάκες είναι αποθέσεις πλούσιες σε λιπίδια στις αρτηρίες, των οποίων η ανάπτυξη και η σύνθεση παρουσιάζουν ιδιαίτερο ενδιαφέρον για την καρδιαγγειακή έρευνα. Λόγω του μεγάλου αριθμού πιθανών δευτερογενών ασθενειών, η αθηροσκλήρωση αποτελεί την κύρια αιτία θανάτου στις βιομηχανικές χώρες.

Μια σημαντική πρόκληση στην έρευνα θεραπευτικών μέτρων είναι ο όγκος δεδομένων εικόνας , τα οποία σήμερα αναλύονται κυρίως χειροκίνητα. Χάρη στις μεθόδους που υποστηρίζονται από την ΤΝ, οι διαδικασίες αυτές μπορούν πλέον να πραγματοποιηθούν πιο αντικειμενικά και ταχύτερα από ό,τι στο παρελθόν, χωρίς να χρειάζεται να εκτελείται χρονοβόρα χειροκίνητη τμηματοποίηση.

Η ιδέα που αναπτύχθηκε στο Fraunhofer IMTE από το 2022 συνδυάζει διάφορες προσεγγίσεις μηχανικής μάθησης.

Πρώτον, προσδιορίζεται μια περιοχή ενδιαφέροντος της αρτηριακής δομής, η οποία καθιστά δυνατή την επεξεργασία των λεπτών λεπτομερειών των αγγείων με την υψηλότερη δυνατή ανάλυση.

Στη συνέχεια, χρησιμοποιούνται τα λεγόμενα σύνολα, τα οποία συνδυάζουν διαφορετικά τοπικά βέλτιστα, μειώνοντας έτσι τις λανθασμένες τμηματοποιήσεις.

Τέλος, για τον προσδιορισμό των εναποθέσεων στις αρτηρίες χρησιμοποιείται μια μη επιβλεπόμενη μέθοδος, η οποία αναγνωρίζει αυτές τις παθολογικές αλλαγές με βάση τα χαρακτηριστικά χρωματικά μοτίβα. Μια ειδική μέθοδος για τη μεταφορά των χρωματικών χώρων ελαχιστοποιεί επίσης τις διαφορές στη χρώση και την απόκτηση εικόνων.

Συνεπώς, αυτός ο αγωγός χρησιμοποιεί τόσο εποπτευόμενες όσο και μη εποπτευόμενες μεθόδους τεχνητής νοημοσύνης για να διασφαλίσει την όσο το δυνατόν πληρέστερη και πιο ισχυρή ανίχνευση. Η μέθοδος χαρακτηρίζεται κυρίως από την ταχεία εφαρμογή της σε πολύ μεγάλα σύνολα δεδομένων και απλοποιεί έτσι σημαντικά τις εργαστηριακές ροές εργασίας.

Spin-off για τη διάθεση της τεχνολογίας σε άλλες ερευνητικές ομάδες

Ιδιαίτερα αξιοσημείωτη εδώ είναι η μελέτη περίπτωσης που πραγματοποιήθηκε, η οποία συγκρίνει εκτενώς τις χειροκίνητες και τις αυτοματοποιημένες αναλύσεις. Καταδείχθηκε στενή συσχέτιση (Pearson's r = 0,91) μεταξύ των προβλέψεων της τεχνητής νοημοσύνης και των αποτελεσμάτων των ανθρώπινων εμπειρογνωμόνων. Τα ευρήματα αυτά ήταν επίσης ορατά σε μια λεπτομερή ανάλυση των συνθηκών που αναλύθηκαν, όπως η σίτιση, το φύλο των ποντικιών και ένας γενετικός τροποποιητής (βλ. Εικόνα 2). 

Η μεθοδολογία που βασίζεται στην ΤΝ μπορεί να αναπαράγει με επιτυχία τη χειροκίνητη ανάλυση και παρέχει τα ίδια σχετικά βασικά ευρήματα. Αυτό ανοίγει έναν πολύ απλούστερο και ταχύτερο τρόπο διεξαγωγής εκτεταμένων μελετών σε μοντέλα ποντικών και απόκτησης λεπτομερών γνώσεων σχετικά με τη δυναμική του σχηματισμού πλάκας.

Ενόψει μελλοντικών εφαρμογών, αυτό ανοίγει νέες προοπτικές όχι μόνο για την προκλινική έρευνα, αλλά και για την καλύτερη κατανόηση των καρδιαγγειακών παθήσεων στον άνθρωπο. Η αυτοματοποιημένη ανάλυση θα μπορούσε να βοηθήσει στη συλλογή δεδομένων σε μεγάλη κλίμακα, προκειμένου να αναπτυχθούν πιο εξατομικευμένες στρατηγικές θεραπείας και να γίνουν ακριβέστερες διαγνώσεις.

Από την άποψη της κλινικής εφαρμογής, αυτό προσφέρει πολυάριθμες ευκαιρίες για την καλύτερη κατανόηση της εξέλιξης της αθηροσκλήρωσης και τη δημιουργία νέων θεραπευτικών προσεγγίσεων μακροπρόθεσμα.

Πηγές:
Γερμανικό Ινστιτούτο για την καρδιαγγειακή έρευνα - Scientific Reports

Ειδήσεις υγείας σήμερα
Πνιγμοί στη θάλασσα: 3,6 ανά 100.000 πληθυσμού, στην Ελλάδα
Σεξουαλική κακοποίηση παιδιών: Νέοι κανόνες προσαρμοσμένοι στις νέες τεχνολογίες
Ευεξία για άνδρες μετά τα 50