La tecnologia di imaging aiuta a rilevare le malattie cardiovascolari molto prima; però, esami precisi richiedono ancora molto tempo. I ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo hanno ora presentato un metodo che potrebbe accelerare notevolmente la risonanza magnetica dinamica del flusso sanguigno.

"Grazie a questa innovazione, la risonanza magnetica quantitativa potrebbe fare enormi progressi, "dice Sebastian Kozerke, Professore di imaging biomedico all'ETH e all'Università di Zurigo. Ha lavorato con Valery Vishnevskiy e Jonas Walheim per sviluppare un metodo che accelera notevolmente la cosiddetta risonanza magnetica a flusso 4-D.

"Al momento, la registrazione e la successiva elaborazione di una risonanza magnetica a flusso 4-D richiedono fino a 30 minuti. I nostri risultati mostrano che ciò potrebbe essere possibile entro cinque minuti in futuro." La ricerca sottostante è stata pubblicata sulla rivista Intelligenza della macchina della natura all'inizio di questa settimana come articolo e copertina del numero di aprile.

La tomografia a risonanza magnetica (MRT o MRI) è una modalità chiave nella diagnosi clinica. Non presenta rischi per la salute e fornisce immagini precise dell'interno del corpo. Questo metodo può essere utilizzato per visualizzare parti del corpo morbide come tessuti e organi in 3-D e con un contrasto elevato. Per di più, speciali tecniche di registrazione forniscono informazioni sulla dinamica del sistema cardiovascolare.

In particolare, Le misurazioni MRI del flusso 4-D consentono la quantificazione dei cambiamenti dinamici del flusso sanguigno. Tali immagini dinamiche sono molto utili, soprattutto quando si tratta di rilevare malattie cardiovascolari.

Però, La risonanza magnetica a flusso 4-D convenzionale presenta un inconveniente significativo:il metodo richiede molto tempo. Oggi, la registrazione dei dati può essere completata nello scanner MRI entro quattro minuti. Però, l'approccio di rilevamento compresso richiesto ha un costo:la successiva ricostruzione dell'immagine è iterativa e quindi richiede molto tempo. I medici devono attendere 25 minuti o più prima che le immagini appaiano sui loro computer.

Così, i risultati della misurazione sono disponibili solo molto tempo dopo che il medico ha completato l'esame. Questo è il motivo per cui la risonanza magnetica a flusso 4-D non è ancora stabilita nella pratica medica quotidiana. Le modifiche al flusso sanguigno vengono attualmente diagnosticate principalmente tramite ultrasuoni, un metodo più rapido ma meno preciso rispetto alla risonanza magnetica.

Algoritmi eleganti ed efficienti

Nell'articolo pubblicato di recente, i ricercatori dell'ETH e dell'Università di Zurigo illustrano un modo in cui la ricostruzione dell'immagine per la risonanza magnetica a flusso 4-D potrebbe essere resa più rapida e quindi più pratica. "La soluzione consiste in algoritmi eleganti ed efficienti basati su reti neurali, " spiega Kozerke.

Vishnevskij, Kozerke e Walheim chiamano il loro nuovo approccio FlowVN. Si basa sull'apprendimento automatico, più specificamente su ciò che è noto come deep learning; il software apprende attraverso i dati presentati durante una fase di formazione. Ciò che rende FlowVN così speciale è l'efficienza:il metodo combina la formazione con la conoscenza preliminare della misurazione.

Ciò significa che le generalizzazioni possono essere fatte sulla base di pochi dati invece di richiedere migliaia di esempi di addestramento. "Di conseguenza, la rete ha bisogno di pochissima formazione per fornire risultati affidabili, " spiega Vishnevskiy.

I ricercatori sono stati in grado di dimostrare che questo metodo funziona come descritto nel loro articolo pubblicato di recente. Hanno addestrato il software utilizzando 11 scansioni MRI di soggetti sani. Questi dati erano sufficienti per riprodurre accuratamente il flusso sanguigno patologico nell'aorta di un paziente su un normale computer in soli 21 secondi. Il metodo è quindi molte volte più veloce dei metodi convenzionali e, in cima, offre risultati migliori.

Avanzamento della diagnosi clinica

"Speriamo che FlowVN porti avanti l'uso della risonanza magnetica a flusso 4-D nella diagnostica clinica, " afferma Kozerke. I dati sono stati ricostruiti offline per questo studio. Il prossimo passo per il team di ricerca di Zurigo sarà l'installazione del software su macchine per la risonanza magnetica clinica. "Prevediamo quindi studi clinici più ampi sui pazienti, " afferma Kozerke. I ricercatori beneficiano della partnership a lungo termine con i dipartimenti di radiologia e cardiologia dell'Ospedale universitario di Zurigo.

Se i test di follow-up confermano i risultati ottenuti dal team di Kozerke, il metodo potrebbe un giorno farsi strada nella pratica medica quotidiana. "Però, ci vorranno almeno altri quattro o cinque anni prima che ciò accada, " stima Kozerke. Al fine di accelerare il processo di ricerca scientifica, il suo team ha reso disponibili i codici eseguibili e gli esempi di dati come open source, consentendo ad altri scienziati di testare e riprodurre il metodo.