I dispositivi a ultrasuoni sono comuni nei moderni kit medici orbitali e aiutano a facilitare la diagnosi rapida di disturbi o cambiamenti corporei degli astronauti. Tuttavia è necessaria la guida in tempo reale di esperti sul campo per acquisire immagini ecografiche utili dal punto di vista medico. Una volta che gli astronauti viaggeranno sulla Luna o all’interno del sistema solare, tale guida non sarà più pratica a causa del ritardo temporale coinvolto. Un nuovo progetto guidato dall'ESA mira a sfruttare l'intelligenza artificiale e l'apprendimento automatico in modo che gli astronauti possano eseguire da soli esami ecografici di qualità prossima a quella degli esperti.
"Il successo dell'esplorazione con equipaggio dipende dalla salute e dalla sicurezza dei nostri astronauti", spiega l'ingegnere biomedico dell'ESA Arnaud Runge, che supervisiona il progetto. "Mentre le missioni si avventurano sempre più nello spazio, ciò diventa qualcosa che è sempre più difficile da garantire perché il numero e le competenze dei membri dell'equipaggio saranno limitati. Pertanto abbiamo bisogno di assistenza tecnologica per rendere i futuri equipaggi sempre meno dipendenti dalle competenze basate sulla Terra"
Vivere in un volume limitato in prolungata assenza di gravità ed essere esposti ad alti livelli di radiazioni può colpire molti organi critici, oltre a portare a disturbi dell'equilibrio, spostamenti di liquidi, alterazioni del funzionamento visivo, decondizionamento cardiovascolare, diminuzione della funzione immunitaria, atrofia muscolare e perdita ossea. Inoltre, le future missioni planetarie potrebbero causare infortuni durante le operazioni di superficie.
La buona notizia è che la maggior parte di queste condizioni possono essere monitorate utilizzando l’ecografia, facendo affidamento sugli echi dei suoni oltre la portata uditiva delle nostre orecchie per aprire finestre sui tessuti molli del corpo umano. La cattiva notizia è che ci vogliono anni di formazione per rendere qualcuno esperto nell'esecuzione di un esame ecografico.
"L'ecografia è già diventata uno strumento diagnostico essenziale per gli equipaggi della Stazione Spaziale Internazionale", commenta Carlos Illana della GMV in Spagna, la società che guida il consorzio del progetto per l'ESA. "Ma nella pratica attuale sulla ISS, l'astronauta che applica il dispositivo a ultrasuoni al proprio compagno di equipaggio riceve una guida in tempo reale da un operatore ecografico esperto a terra oppure esegue le indagini sulla base dell'addestramento limitato ricevuto prima della missione ."
Arnaud aggiunge:"Per superare questa sfida, l'ESA ha precedentemente lavorato sul concetto di tele-ultrasuoni robotizzati, in cui l'esperto radiologo sulla Terra pilotava a distanza la sonda ecografica a bordo della ISS. Tuttavia, pur essendo interessante per l'utilizzo anche sulla ISS per quanto riguarda le applicazioni terrestri, anche questo approccio presenta dei limiti:infatti, una volta che le missioni con equipaggio si estendono oltre l'orbita terrestre nello spazio profondo, tale guida non sarà più fattibile, perché la maggiore distanza dalla Terra dà luogo a un aumento del ritardo temporale nelle comunicazioni, mentre la larghezza di banda sarà anch'esso vincolato."
C’è quindi bisogno di soluzioni che garantiscano maggiore autonomia all’equipaggio. In risposta, il sistema autonomo di miglioramento delle immagini uLtrasound dell'ESA, ALISSE, offre agli astronauti la capacità sul posto di acquisire immagini ecografiche di qualità diagnostica come se fossero radiologi esperti, grazie all'assistenza dell'intelligenza artificiale e dell'apprendimento automatico.
Collaborando al progetto, il Gruppo di Fisica Nucleare dell'Università Complutense di Madrid ha ideato nuove tecniche di simulazione degli ultrasuoni e sintesi di immagini mentre il Servizio di Radiologia di Emergenza e Urgenza dell'Ospedale La Paz di Madrid ha fornito indicazioni negli esami ecografici e nelle patologie, nonché nella fornitura e etichettatura di centinaia di migliaia di ecografie anonimizzate, utilizzate per addestrare la rete neurale di apprendimento profondo che è alla base del sistema ALISSE.
Arnaud aggiunge:"La Paz è il più grande ospedale della Spagna, esegue più di mezzo milione di esami ecografici all'anno solo nel servizio di emergenza, utilizzando più di 40 diversi modelli di dispositivi. Abbiamo utilizzato un meccanismo di apprendimento attivo per filtrare le immagini non interessanti , lasciando meno del 2% su cui il servizio di radiologia ha selezionato ed etichettato il nostro sottosistema di addestramento sulla rete neurale."
Ciò equivale a un'enorme quantità di immagini curate di oltre 50.000 pazienti per organo, inclusi numerosi esempi di casi "patologici" o malati. Per il prototipo ALISSE iniziale il consorzio ha esplorato i reni e le vesciche, in quanto organi addominali molto rappresentativi che non sono facili da scansionare, correlati a malattie comuni degli astronauti come la formazione di calcoli e la ritenzione urinaria.
David Mirault di GMV afferma:"Mentre sviluppavamo il sistema, i chirurghi di volo dell'ESA ci hanno fornito feedback e indicazioni essenziali. Il nostro obiettivo era rendere l'interfaccia utente quanto più intuitiva possibile, quindi abbiamo chiesto a un gruppo di studenti di fisica del tutto inesperti di provare ad usarlo Le immagini ecografiche sono rumorose, sfocate e contengono molti artefatti come ombre e macchie, e il corpo di ognuno è diverso. Quindi i professionisti medici hanno bisogno di anni di corsi e formazione specifici per apprendere questa tecnica diagnostica per un singolo organo un principiante non addestrato che esegue con successo un esame ecografico sono essenzialmente pari a zero."
Tuttavia gli utenti ALISSE ricevono una guida dettagliata su dove posizionare la bacchetta ecografica nel corpo, vengono fornite immagini di esempio dell'organo bersaglio e viene data la percentuale di probabilità che l'oggetto in vista sia il bersaglio corretto. Il sistema è anche in grado di distinguere tra la "modalità di rilevamento piano" clinicamente utile su percorsi lunghi per un organo e la vista laterale "trasversale" meno utile.
Jon Scott, sostenitore del progetto presso il Centro Astronautico Europeo, commenta:"I risultati finali sono molto incoraggianti; 9 su 10 delle immagini degli studenti assistiti da ALISSE erano piani standard ecografici clinicamente accettabili di reni e vesciche, avvicinandosi alle prestazioni di un radiologo qualificato. E come ulteriore vantaggio, ALISSE può anche funzionare con più dispositivi a ultrasuoni, massimizzando la sua flessibilità e riducendo gli ostacoli alla sua implementazione.
"Il risultato è un sistema che consente agli astronauti di assumersi maggiore responsabilità per le proprie cure mediche, una caratteristica essenziale per il futuro della medicina spaziale, e dovrebbe anche democratizzare l'uso dell'ecografia sulla Terra. Con il continuo sviluppo di questa tecnologia, non vediamo l'ora che arrivi il momento in cui gli operatori sanitari in prima linea potranno utilizzare i dispositivi a ultrasuoni guidati dall'intelligenza artificiale con la stessa abilità con cui raccolgono campioni di sangue oggi."
Il progetto ALISSE è stato sostenuto attraverso il Technology Development Element dell'ESA, promuovendo nuove e promettenti tecnologie per lo spazio. Come passo successivo, il consorzio prevede di aumentare il supporto del sistema ad altri organi e di migliorare le istruzioni di guida per rendere ALISSE ancora più intuitivo. L'ESA è anche interessata a far funzionare il sistema ALISSE su un tablet collegato a una sonda ecografica.
Fornito dall'Agenzia spaziale europea
