I ricercatori possono ringraziare i ragazzi per le migliori immagini ecografiche del cuore

Questo problema è chiamato aberrazione o errore di imaging. Ora risolta, la tecnologia a ultrasuoni cardiaci di nuova generazione è in arrivo nel mondo con la tecnologia NTNU e GE Vingmed Ultrasound.

L’innovazione si chiama Adapt. È fondamentalmente un algoritmo che utilizza i dati grezzi degli ultrasuoni per stimare e compensare l’effetto dei tessuti corporei in ogni singolo paziente.

– Fornisce immagini del cuore più nitide e chiare di quelle che abbiamo visto prima, afferma Svein-Erik Måsøy, ricercatore, esperto di ecografia medica e direttore di SFI CIUS (Center for Innovative Ultrasound Solutions) presso NTNU.

18 milioni di morti ogni anno

Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità (OMS) Muoiono circa 18 milioni di persone di malattie cardiovascolari ogni anno. Il tasso di incidenza è raddoppiato in 30 anni ed è in cima alla lista delle più grandi sfide sanitarie del mondo. Ogni anno vengono eseguiti più di 100 milioni di esami cardiaci mediante ultrasuoni.

I disturbi spesso vengono con l’età. Qui a casa, l’ondata di anziani è appena iniziata.

– I numeri dicono qualcosa sulla portata delle sfide su cui stiamo lavorando e sul mercato di cui la nostra tecnologia fa ora parte, afferma Måsøy.

– Siamo i primi al mondo a proporre questa soluzione. Nella nostra nicchia, questo è sicuramente un passo avanti. Dice che il tempo dirà cosa significa nella clinica del cuore.

SFI CIUS è uno dei dodici centri per l’innovazione guidata dalla ricerca (SFI) guidati da NTNU. Adapt è commercializzato da Horten GE Vingmed Ultrasound.

La sfida principale: i diversi organismi

Gli ultrasuoni sono suoni convertiti in immagini. La più grande sfida di diagnosticare un cuore con gli ultrasuoni è che le persone hanno corpi diversi. Abbiamo muscoli e tessuti connettivi diversi e sia la quantità che la distribuzione del grasso sottocutaneo sono diverse. La distanza tra le nostre costole varia con l’altezza, l’età e il sesso.

Tutto ciò si traduce in diverse velocità delle onde sonore, ed è la velocità che determina la qualità delle immagini ecografiche.

Svein-Erik Måsøy paragona l’invio di ultrasuoni attraverso i tessuti del corpo all’imaging con uno strato di vaselina sulla lente. I contrasti scompaiono e l’immagine diventa torbida. Quindi il problema si chiama deviazione. Quello che fa Adapt è stimare e compensare l’effetto della vaselina e darci un quadro più chiaro e chiaro.

Contribuire a una diagnosi più sicura

La qualità dell’immagine in tempo reale è particolarmente importante per l’infarto del miocardio. Cambiamenti molto piccoli nel modo in cui il muscolo cardiaco si muove possono dire ai medici qualcosa sull’estensione e sul danno dell’infarto. Il medico capo Bjornar Green, che lavora nel reparto di ecografia della clinica cardiologica del St Olav’s Hospital, conferma che Adapt generalmente contribuisce al miglioramento delle immagini ecografiche.

– Soprattutto nei pazienti in cui è difficile ottenere immagini sufficientemente buone, notiamo una differenza. È proprio in quei casi che abbiamo bisogno di un metodo così migliorato.

Ad esempio, le valvole cardiache diventano più visibili. Questo vale anche per la distinzione tra miocardio e camera cardiaca. Ciò rende più facile vedere le strutture del cuore, che possono fornire misurazioni più accurate e diagnosi più sicure. Green dice che questo è importante per dare a ogni paziente il miglior trattamento possibile.

Il cardiologo è anche ricercatore presso SFI CIUS e presidente del gruppo di lavoro sull’ecocardiografia della Società norvegese di cardiologia.

Molte persone possono ottenere foto davvero brutte

Quando la sonda ecografica viene posizionata sul torace del paziente, le onde sonore vengono dirette verso il cuore. Nel suo cammino verso il tessuto, le onde si riflettono come echi. La sonda contiene migliaia di sensori che fungono da altoparlanti e microfoni. Questo strumento aiuta a determinare la fonte esatta del suono.

Tutti i dati vengono inseriti in un enorme processo computazionale e il suono viene convertito in un’immagine. Quando la trama o il materiale attraverso il quale passa il suono è lo stesso ovunque, ciò avviene senza intoppi. Ma la varietà dei corpi fa sì che la qualità dell’immagine possa essere molto scarsa per il 10-15% di tutti quelli esaminati. Ciò potrebbe significare che 10-15 milioni di pazienti non ricevono il miglior trattamento possibile ogni anno.

Enormi quantità di dati

All’inizio degli anni 2000, Svein-Erik Måsøy ha lavorato al suo dottorato di ricerca su nuovi metodi per migliorare i calcoli delle deviazioni. I metodi hanno funzionato, almeno in teoria.

– La General Electric aveva un dimostratore della tecnologia nel 2000. Il computer utilizzato aveva le dimensioni della stessa macchina ad ultrasuoni e migliaia di cavi correvano tra di loro, dice Måsøy.

Sono stati in grado di correggere da una a due immagini al secondo. Oggi è possibile correggere fino a 150 immagini al secondo.

“All’epoca tutto era diventato così inverosimile, oltre che troppo costoso, e il progetto è fallito”, dice Måsøy, che ha difeso il suo dottorato di ricerca nel 2004.

E ora è il momento di presentare quelli che sono finalmente diventati i nuovi amici dei ricercatori ecografici: i giocatori e l’industria dei giochi per computer.

L’industria del gioco è stata cruciale

Negli ultimi anni, gli sviluppi nel settore dei giochi si sono evoluti notevolmente. I microprocessori o unità di elaborazione grafica (GPU), originariamente progettati per visualizzare immagini su uno schermo, sono stati notevolmente migliorati.

Funziona in modo incredibilmente veloce, ha un’enorme potenza di calcolo e una quantità di memoria paragonabile. Le GPU stanno arrivando in versioni sempre migliori e stanno diventando prodotti standard utilizzati anche da altri settori. L’industria del gioco ha ora un fatturato di 150 miliardi di dollari all’anno.

– L’elaborazione delle immagini ora è così veloce che tutte le stagioni della tua serie Netflix preferita passano attraverso la macchina ad ultrasuoni in uno o due secondi, afferma Måsøy.

Sforzo perfetto per immagini migliori

Nell’ambito di SFI CIUS, un gruppo ristretto di dieci ricercatori della NTNU, dell’Università di Oslo, di GE HealthCare e del St Olav’s Hospital ha nuovamente affrontato il problema degli errori di imaging. L’hardware dell’industria dei giochi si è occupato dell’elaborazione intensiva dei dati grezzi, mentre i ricercatori possono concentrarsi su come migliorare le immagini ecografiche del cuore.

Anche i progressi nell’imaging medico 3D hanno fatto passi da gigante.

Tutto ciò ha portato all’adattamento. Quattro cardiologi del St Olaf’s Hospital hanno testato la nuova tecnologia in uno studio pilota. Nel 97 per cento dei test hanno preferito l’adattamento a quella che era, all’epoca, la migliore attrezzatura disponibile. Bjornar Green ha partecipato allo studio. Ha anche effettuato diverse registrazioni ecografiche e analisi delle immagini.

– Nella scelta tra la registrazione con Adapt e senza, preferirò sempre Adapt. Dice che la ragione di ciò è che la qualità delle immagini ecografiche del cuore sta migliorando, e questo è fondamentale per le analisi e la diagnostica che farò.

Qui Svein-Erik Måsøy spiega come SFI CIUS ha corretto gli errori di immagine:

40 anni di collaborazione

GE ha iniziato a sviluppare Adapt nel 1989. NTNU ha lavorato al problema dall’inizio degli anni ’90. I professori Bjorn Angelsen e Leif Hatley sono stati tra i pionieri nello sviluppo della tecnica Doppler, tra gli altri.

“La stretta collaborazione tra GE Vingmed e NTNU negli ultimi decenni è stata fondamentale per garantire che GE Healthcare rimanga la migliore al mondo per gli ultrasuoni di qualità”, afferma Bastien Dénarié, ingegnere di sviluppo presso GE HealtCare.

La collaborazione contribuisce allo sviluppo di tecnologie uniche come Adapt, ma anche alla creazione di una rete di ingegneri in Norvegia specializzati nell’imaging ecografico e nell’elaborazione del segnale.

L’articolo è stato pubblicato per la prima volta su Gemelli