Los científicos desarrollan una plataforma de IA para evaluar las anomalías de los vasos sanguíneos y las enfermedades oculares
El equipo de investigación demostró las capacidades de su plataforma de IA en un microaneurisma en un chip, un dispositivo de microfluidos que el equipo diseñó para imitar el flujo sanguíneo en los microaneurismas redondos, los más tipo común encontrado en pacientes diabéticos. Crédito: NTU Singapur
Un equipo internacional de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), la Universidad Brown y el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una plataforma de inteligencia artificial (IA) que algún día podría usarse en un sistema para evaluar las enfermedades vasculares, que se caracterizan por el estado anormal de los vasos sanguíneos.
La plataforma impulsada por IA combina aprendizaje automático y un chip de microfluidos especialmente diseñado con análisis de imágenes de video 2D del flujo sanguíneo y la aplicación de leyes físicas para inferir cómo fluye la sangre en 3D. En las pruebas, predijo con precisión las características del flujo sanguíneo, como la velocidad, la presión y la tensión de cizallamiento, que es la tensión ejercida por el flujo sanguíneo en la pared del vaso.
La capacidad de determinar estas características con precisión podría ser un apoyo fundamental para los médicos en la detección y el seguimiento de la progresión de las enfermedades vasculares, ya que las anomalías que la plataforma podría detectar (como un cambio abrupto en la velocidad o la tensión de cizallamiento del flujo sanguíneo) pueden indicar la presencia o la progresión de una enfermedad vascular.
La plataforma y sus hallazgos de prueba de concepto del equipo de investigación dirigido por el presidente de la NTU y profesor universitario distinguido Subra Suresh, el profesor de Brown George Em Karniadakis y el científico investigador principal del MIT y profesor visitante de la NTU Ming Dao se informan en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias el 22 de marzo.
Para validar la plataforma, los científicos la probaron en microaneurismas oculares simulados, usando un chip de microfluidos que es más pequeño que una miniatura. Los microaneurismas son protuberancias en los vasos sanguíneos a microescala del ojo de un paciente diabético y son los primeros signos de retinopatía diabética, la principal causa mundial de pérdida de visión y ceguera en adultos diabéticos que trabajan.
Cuando la plataforma AI recibió imágenes del flujo sanguíneo en un dispositivo que simula microaneurismas, predijo con éxito las características de la circulación sanguínea en su interior.
La plataforma de IA y el microaneurisma en un chip podrían algún día ayudar a los médicos con monitorear la progresión de la enfermedad vascular en humanos y puede ser particularmente útil para enfermedades de los vasos sanguíneos más pequeños del cuerpo.
El profesor Subra Suresh, autor principal del estudio, dijo: «Actualmente, medir la mecánica del flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos más pequeños Los vasos sanguíneos requieren un equipo sofisticado y personal capacitado. Nuestra tecnología de inteligencia artificial integra imágenes, datos experimentales y la física subyacente, lo que permite analizar el flujo sanguíneo de la microcirculación de manera fácil y precisa para evaluar va daño ocular y estado de la enfermedad. Con esta plataforma, ahora podemos obtener información mecánica importante y conocimientos sobre los mecanismos de evolución de la enfermedad que antes eran muy engorrosos de extraer».
Si bien la plataforma se desarrolló para el monitoreo de microaneurismas, podría adaptarse para monitorear otras enfermedades. de vasos sanguíneos deteriorados, dijeron los científicos.
Un equipo internacional de científicos de la Universidad Tecnológica de Nanyang, Singapur (NTU Singapur), la Universidad de Brown y el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) ha desarrollado una plataforma de IA que puede inferir el flujo sanguíneo en 3D, y algún día podría usarse en un sistema para evaluar enfermedades vasculares. Crédito: NTU Singapur
El profesor George Karniadakis, coautor del estudio y profesor de Ingeniería y Matemáticas Aplicadas en la Universidad de Brown, dijo: «Probamos nuestra plataforma sobre microaneurismas, el síntoma más temprano de la retinopatía diabética, que es la principal causa de pérdida de visión en pacientes diabéticos en edad laboral en todo el mundo. Nuestro objetivo final es utilizar la plataforma en entornos clínicos para el diagnóstico y pronóstico de la retinopatía diabética, así como en otras enfermedades que implican un flujo sanguíneo deficiente».
El equipo espera probar su plataforma con datos de imágenes clínicas de microaneurismas en para correlacionar las características del flujo sanguíneo de los microaneurismas con factores como la gravedad de la enfermedad y los riesgos potenciales.
El desafío de monitorear la progresión de la enfermedad de los vasos sanguíneos
A pesar de los rápidos avances en las técnicas de imagen como la retina análisis fotográfico y tomografía de coherencia óptica, no es factible observar procesos biológicos en la microcirculación en tiempo real, como la ruptura de un microaneurisma en los vasos sanguíneos del ojo y el desarrollo de coágulos sanguíneos.
Como resultado , para obtener más información sobre cómo progresan estas enfermedades, los científicos han estado utilizando dispositivos microfluídicos tradicionales, dispositivos que transportan cantidades minúsculas de fluidos en diminutos canales tallados en un microchip para imitar t Las condiciones fisiológicas de una enfermedad vascular. Estos métodos existentes, que se basan en el análisis de imágenes visuales o en la aplicación de las leyes físicas que subyacen al flujo sanguíneo, no proporcionan una evaluación precisa de las características del flujo sanguíneo, particularmente en vasos con geometrías complejas, como como un microaneurisma en el ojo.
El equipo de investigación demostró las capacidades de la plataforma de IA en un microaneurisma en un chip, un dispositivo de microfluidos que el equipo diseñó para imitar el flujo sanguíneo en microaneurismas redondos, los más comunes encontrado en pacientes diabéticos.
Una muestra de sangre de 20 microlitros, aproximadamente la mitad de una gota de sangre, se cargó en el chip y se usó una cámara de alta velocidad para capturar imágenes de sangre moviéndose a través de los microcanales.
Los científicos descubrieron que su plataforma de IA predijo las características del flujo sanguíneo, como la velocidad, la presión y el estrés ejercido por el flujo sanguíneo en la pared del vaso en microaneurismas pequeños, intermedios y grandes con mayor precisión y eficientemente que los métodos computacionales existentes.
El equipo cree que su tecnología puede convertirse en una poderosa herramienta en el diagnóstico y seguimiento de microaneurismas usando imágenes tomadas de microaneurismas reales. También podría combinarse potencialmente con dispositivos microfluídicos que simulan otros tipos de trastornos que involucran vasos sanguíneos dañados para predecir las características del flujo sanguíneo y monitorear otras enfermedades vasculares.
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Las técnicas de imágenes de retina de campo ultra amplio no se pueden usar indistintamente Más información: Shengze Cai el al., «Velocimetría de inteligencia artificial y microaneurisma en un chip para tres -análisis dimensional del flujo sanguíneo en fisiología y enfermedad», PNAS (2021). www.pnas.org/cgi/doi/10.1073/pnas.2100697118 Información de la revista: Actas de la Academia Nacional de Ciencias
Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Nanyang Cita: Los científicos desarrollan una plataforma de IA para evaluar las anomalías de los vasos sanguíneos y las enfermedades oculares (22 de marzo de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2021-03-scientists-ai-platform-blood-vessel.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.