L’intelligenza artificiale applicata per una diagnosi più rapida di COVID-19

Un progetto multicentrico coordinato dall’IRCCS Policlinico San Donato applica l’A.I. alle immagini radiologiche 

Utilizzare l’intelligenza artificiale per migliorare la diagnosi di COVID-19: le “reti neurali” potranno fornire una second opinion al radiologo nella lettura di esami radiografici e tomografie computerizzate (TC) per la diagnosi di COVID-19 e per valutare l’estensione e le caratteristiche dell’interessamento polmonare. 

Questo l’obiettivo generale del progetto di ricerca coordinato dall’IRCCS Policlinico San Donato, sottomesso al Ministero della Salute per il recente bando sul COVID-19. 

Il Prof. Francesco Sardanelli, Direttore del Servizio di Radiologia del Policlinico San Donato e principal investigator del progetto, ci spiega quali sono i potenziali vantaggi dell’utilizzo dell’A.I. (Artificial Intelligence) in questo ambito clinico, oggi di grande attualità.

I vantaggi dell’Intelligenza Artificiale 

Il progetto prevede un insieme di studi multicentrici che coinvolgono, oltre al Policlinico San Donato, numerosi centri pubblici e privati lombardi, ovvero l’Istituto Ortopedico Galeazzi, l’Ospedale Luigi Sacco e il Centro Diagnostico Italiano di Milano, l’Ospedale San Gerardo di Monza, l’Ospedale Papa Giovanni XXIII di Bergamo e l’Ospedale Maggiore della Carità di Novara, in collaborazione con DeepTrace Technologies,  l’Istituto di bioimmagini e fisiologia molecolare del CNR di Segrate e la Fondazione Tecnomed dell’Università degli Studi di Milano-Bicocca.

Se sarà realizzato, avremo a disposizione un database di oltre 5.000 indagini, tra radiografie e TC. Per addestrare i sistemi di Intelligenza Artificiale è, infatti, necessario disporre di grandi numeri. 

“Siamo in attesa di ricevere le valutazioni del Ministero della Salute per l’ottenimento del finanziamento – spiega il Prof. Sardanelli –. La disponibilità di un sistema A.I. validato per la diagnosi di COVID-19 potrebbe rappresentare un vantaggio importante per riconoscere più rapidamente la malattia e fornire una second opinion allo specialista radiologo, anche nel distinguere la polmonite conseguenza del nuovo coronavirus da altre patologie. 

Ciò potrebbe mettere a disposizione l’esperienza accumulata in alcune aree del Nord Italia negli ultimi due mesi ad altre situazioni italiane o ad altri paesi a bassa circolazione del virus, riducendo i tempi della curva di apprendimento”.

Il valore dell’AI nella diagnosi

L’esame radiografico del torace può dare informazioni preziose in questi pazienti. 

È in corso di pubblicazione (Schiaffino et al. “Diagnostic performance of chest X-ray for COVID-19 pneumonia during SARS-CoV-2 pandemic in Lombardy, Italy”. Journal of Thoracic Imaging 2020) l’esperienza del Policlinico San Donato su 535 pazienti presentatisi al Pronto Soccorso dal 24 febbraio all’8 aprile. Nel 90% dei soggetti affetti dal virus SARS-CoV-2 l’esame radiografico ha permesso di riconoscere reperti sospetti (nelle condizioni acute della pandemia l’esame è quindi molto sensibile), ma l’A.I. potrebbe essere utile nell’aumentare l’accuratezza complessiva riducendo i casi falsamente positivi, in questa esperienza pari a circa il 40%.

L’esame radiografico del torace a domicilio dei pazienti, con apparecchiature portatili

Un aspetto importante del progetto è la proiezione dell’attività diagnostica sul territorio, oltre i confini fisici degli ospedali coinvolti. È, infatti, prevista l’acquisizione di apparecchiature portatili per effettuare esami radiografici al domicilio del paziente, o nelle strutture di accoglienza, portando quindi la tecnologia diagnostica dal paziente sospetto e non il paziente sospetto in ospedale. 

“Pensiamo all’attività dei medici di base, coinvolti in prima linea in questa battaglia (più della metà dei medici ‘caduti’ in Italia sono medici di medicina generale), o alle RSA che non hanno un servizio di radiologia - illustra il Prof. Francesco Sardanelli -. Il risultato del tampone può arrivare dopo giorni, mentre una radiografia al torace, effettuata in sicurezza da tecnici addestrati, può dare immediatamente informazioni importanti. 

Tramite la teleradiologia, la refertazione può essere immediata da parte del medico radiologo di turno in ospedale, supportato dall’A.I.. Se l’esito è positivo, cioè a favore dell’infezione da COVID-19, potranno essere immediatamente assunte le opportune misure di isolamento. 

Non si tratta di usare l’esame radiografico in sostituzione dell’indagine molecolare ottenuta con il tampone, ma di supportare il decision making, nell’attesa dei risultati di laboratorio. L’esame radiografico positivo in presenza di evidenti sintomi e tampone negativo potrà indurre alla ripetizione (anche multipla) del tampone, per evitarne i falsi-negativi”. 

A.I. e tromboembolia polmonare da COVID-19

Come già rilevato dal gruppo di ricerca del Policlinico San Donato guidato dal Dott. Ranucci (Ranucci et al. “The procoagulant pattern of patients with COVID-19 acute respiratory distress syndrome”. Journal of Thrombosis and Haemostasis 2020 Apr 17), alcuni pazienti COVID-19 sviluppano un’alterazione della coagulazione del sangue, che può dare origine a trombosi ed embolie. 

“Nell’ultimo periodo, infatti, per alcuni pazienti sono state richieste indagini TC con mezzo di contrasto iodato (angio-TC polmonari). Abbiamo notato come numerosi tra loro mostrino segni di tromboembolia polmonare, nonostante siano già in terapia con eparina a basso dosaggio. Il risultato della TC orienta la scelta delle dosi della terapia anticoagulante. 

Anche questo tipo di indagini potrà giovarsi dell’utilizzo dell’A.I., in particolare per l’individuazione dei reperti di minore entità e per la quantificazione complessiva della tromboembolia”, continua il professore. 

Intelligenza artificiale: quando è davvero utile? 

Quando la disponibilità di una valutazione da parte di un software A.I. fa la differenza? 

Risponde Sardanelli: “Se consideriamo il responso dell’Intelligenza Artificiale come una second opinion, potremmo essere tentati di rispondere: sempre. Da decenni di esperienza nello screening mammografico, abbiamo imparato che il secondo lettore aggiunge circa un 5-10% di tumori diagnosticati in più rispetto alla lettura del lettore singolo, anche se esperto. 

I radiologi, anche i più bravi in campi specifici, hanno performance variabili (anche solo perché dopo ore di lavoro l’attenzione può ridursi) e non è possibile che in un servizio h24 siano sempre i migliori del campo specifico a refertare le indagini. 

Quindi, anche se l’AI potrebbe non aggiungere molto alla refertazione da parte di radiologi esperti di imaging toracico, la disponibilità della second opinion dalla A.I. può migliorare in modo significativo le performance complessive, anche perché non è possibile organizzare la lettura in tempo reale da parte di due radiologi.  

Inoltre, poiché la curva di apprendimento è legata alla prevalenza di malattia, il secondo lettore A.I. ci permetterebbe di avere risultati migliori anche in luoghi e in tempi in cui la prevalenza è minore”. 

Il futuro prossimo

Non parliamo solo di questo momento di emergenza, ma soprattutto di un futuro prossimo in cui dovremo convivere con il virus. 

“Per un anno o un anno e mezzo potremo avere casi paucisintomatici o asintomatici che si recheranno in ospedale per fare altri accertamenti.Eseguiamo esami non mirati ai polmoni, nei quali tuttavia questi si vedono in parte più o meno ampia. 

Esempi sono la radiografia della colonna vertebrale toracica, la TAC dell’addome superiore, oppure la TC e la risonanza magnetica cardiaca… Potremmo mettere a punto un tool A.I. che segnali anormalità polmonari meritevoli di accertamenti in relazione alla pandemia, inducendo procedure ottimizzate di prevenzione della diffusione del virus”, conclude il professore.