Covid-19 e diagnosi: in aiuto l’intelligenza artificiale

Indice 

• Introduzione
• Radiomica. Perché l’intelligenza artificiale (Ai) aiuta la diagnosi di Covid-19
• La piattaforma AIforCovid è utile per diagnosi e prognosi di Covid-19. Lo studio
• La radiomica nella diagnosi del Covid-19 e non solo 

Introduzione

Online da metà dicembre, AIforCOVID Imaging Archive è stata realizzata dal Centro Diagnostico Italiano, all’avanguardia nelle radiomica, per promuovere la condivisione dei dati radiologici e clinici su Covid-19 con la comunità scientifica nazionale e internazionale. Al momento della messa online sul sito https://aiforcovid.radiomica.it/ la piattaforma conteneva oltre 800 esami radiografici del torace di pazienti positivi a Covid-19. 

Radiomica. Perché l’intelligenza artificiale (Ai) aiuta la diagnosi di Covid-19

La piattaforma AIforCOVID si inserisce nel concetto innovativo di radiomica, l’applicazione dell’intelligenza artificiale alla diagnostica per immagini e allo studio delle caratteristiche genetiche della persona. L’Intelligenza Artificiale, spesso abbreviata come AI (Artificial intelligence) è un ramo dell’informatica che mette a punto sistemi di calcolo (algoritmi) in una rete simile a quella del cervello umano (neuronale) per rendere le macchine capaci di svolgere alcune funzioni considerate tipicamente umane.
L'intelligenza artificiale può agire in modo autonomo e automatico, rielaborando in continuazioni soluzioni nuove in base agli elementi che ha a disposizione. Più dati raccoglie e in modo più preciso può calcolare la probabilità di una condizione clinica.

La piattaforma AIforCovid è utile per diagnosi e prognosi di Covid-19. Lo studio

Nella primavera del 2020, durante la prima ondata pandemica, nell’ambito del progetto di ricerca multicentrico no-profit AIforCOVID è stato avviato uno studio con l’obiettivo di sviluppare algoritmi basati sull’intelligenza artificiale in grado di predire il decorso clinico dei pazienti Covid-19 a partire dall’esame radiologico e dai dati clinici rilevati al momento del ricovero. 

I risultati del progetto di ricerca sono stati riassunti nell'articolo "AIforCOVID: predicting the clinical outcomes in patients with COVID-19 applying AI to chest-X-rays. An Italian multicentre study" in pubblicazione nel giornale scientifico Medical Image Analysis. 
Come si legge nello studio, i ricercatori hanno voluto verificare se la radiografia del torace (CXR), più semplice, veloce, diffusa e con una dose di radiazioni inferiore rispetto alla tomografia computerizzata (TC), può essere utilizzata nella diagnosi e prognosi di pazienti positivi al virus Sars-Cov2. Il set di dati raccolti su 820 pazienti include, oltre a immagini CXR, anche dati clinici al ricovero ed esiti. I ricercatori hanno quindi verificato che il sistema delle reti neuronali dell'intelligenza artificiale ha il potenziale per fornire informazioni utili per la gestione dei pazienti e delle risorse ospedaliere.

Oltre al Centro Diagnostico Italiano, promotore del progetto, hanno partecipato allo studio importanti eccellenze ospedaliere ed Istituti di ricerca pubblici e privati quali la Fondazione IRCCS Ca’ Granda Ospedale Maggiore Policlinico (Milano), Fondazione IRCCS Policlinico San Matteo (Pavia), Azienda ospedaliero-universitaria Careggi (Firenze), ASST Santi Paolo e Carlo (Milano), ASST Fatebenefratelli-Sacco (Milano), ASST Ospedale San Gerardo (Monza). L'analisi dei dati e lo sviluppo di algoritmi di Intelligenza Artificiale sono stati effettuati dall'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova e dall’Università Campus Bio-medico di Roma insieme alla equipe del Centro Diagnostico Italiano. “Con AIforCOVID – spiega Sergio Papa, direttore Imaging diagnostico presso il Centro Diagnostico Italiano – abbiamo la possibilità di dare ulteriore impulso allo sviluppo di studi sulla patologia indotta da Covid, in particolare i danni causati a livello polmonare, e all’attuazione di misure mirate alla protezione degli individui che, data la compresenza di patologie pregresse, risultano più suscettibili di un aggravamento. E ancora, alla ricerca e alla sperimentazione di terapie e di procedure innovative per fare fronte alla malattia”.  

Fondamentale è stato anche il ruolo di Bracco Imaging e, nella realizzazione della piattaforma, il supporto di Amazon Web Services. Nell’ambito dell’AWS Diagnostic Development Iniziative, Amazon ha sostenuto il progetto AIforCOVID riconoscendolo tra i più innovativi a livello internazionale. La piattaforma integra una gamma di tecnologie AWS, tra cui il machine learning e l'intelligenza artificiale di Amazon SageMaker, un servizio completamente gestito per creare, addestrare e distribuire modelli di apprendimento automatico, oltre a servizi di dati e analisi. La piattaforma è ora aperta a tutti i centri di ricerca nazionali e internazionali che, condividendo i loro dati, contribuiranno all’ampliamento del dataset multicentrico, facilitando in questo modo la ricerca di soluzioni innovative basate sull'intelligenza artificiale.

La radiomica nella diagnosi del Covid-19 e non solo 

“La predittività è la ragion d’essere intima della Radiomica – dice Sergio Papa – anche perché l’imaging produce una quantità di dati e informazioni delle quali solamente una piccolissima parte è visibile agli occhi del tecnico. Prerogativa dell’Intelligenza Artificiale è correlarli allo sviluppo clinico e al decorso della malattia”. 
La piattaforma “AIforCOVID Imaging Archive” permette agli scienziati di raccogliere in un unico archivio le immagini radiografiche dei pazienti Covid-19 corredate da importanti dati clinici acquisti all’arrivo dei pazienti in ospedale. Raccogliere una grande quantità di dati in un'unica piattaforma e condividerli tra i diversi team di scienziati, permette di accelerare lo sviluppo di soluzioni innovative contro il COVID-19 basate sull’intelligenza artificiale.

In futuro, questi algoritmi potrebbero essere in grado d’individuare degli elementi invisibili all'occhio umano da considerarsi indicatori di grave prognosi quali il rischio di andare incontro ad un peggioramento della condizione dei polmoni e di conseguenza, valutare in anticipo la possibile necessità di una eventuale terapia intensiva. Grazie alla piattaforma si potrà stimolare la ricerca sul COVID-19 mettendo a disposizione della comunità scientifica una mole di dati di Imaging Diagnostico di alta qualità. “Noi lavoriamo sulla radiomica da anni – aggiunge Papa – abbiamo condotto studi sull’Alzheimer, il tumore della prostata e della mammella, in collaborazione anche con altri ospedali.

La differenza però è che con Covid per la prima volta osserviamo un organo intero e non solo una lesione. Per cui l’applicazione matematica della piattaforma è più difficile”. Il Cdi però non è l’unico a portare avanti studi di questo tipo. In Italia altri gruppi di ricerca stanno provando ad applicare l’intelligenza artificiale all’imaging, alcuni per eseguire la diagnosi di Covid-19 altri sempre per prevedere la prognosi.