AI în RMN-ul cardiac: conturarea automată a cavităților inimii

Într-un RMN cardiac, AI-ul conturează automat cavitățile inimii: ventriculul stâng, miocardul și ventriculul drept. Din aceste contururi, programul calculează volumele, masa ventriculului stâng și fracția de ejecție în câteva secunde, în loc de minute de lucru manual. Studiile publicate arată rezultate apropiate de cele ale experților, iar medicul verifică și corectează contururile.

Rezonanța magnetică cardiacă (RMN cardiac) este una dintre metodele standard de evaluare a bolilor cardiovasculare. Cifrele din raportul ei, volumele ventriculilor, masa și fracția de ejecție, cer însă o muncă migăloasă: conturarea cavităților inimii, imagine cu imagine. Aici a intrat inteligența artificială, cu programe care trasează automat contururile în câteva secunde.

Măsurătorile ajung, în final, într-un raport. De partea aceasta, a documentației, se ocupă Soma, asistentul inteligent al clinicii dumneavoastră: ascultă, înțelege și reține tot ce se spune, apoi scrie raportul în formatul clinicii, inclusiv pentru RMN și CT.

De ce durează atât conturarea manuală?

Pentru volume, medicul lucrează pe stiva de secțiuni în ax scurt, care acoperă ventriculii de la bază la apex. Pe fiecare secțiune, atât la sfârșitul diastolei, cât și la sfârșitul sistolei, trasează:

  • conturul interior al ventriculului stâng (endocardul);
  • conturul exterior al miocardului (epicardul);
  • conturul ventriculului drept.

Din suprafețele conturate, însumate pe toate secțiunile, rezultă volumul telediastolic și volumul telesistolic, iar din ele fracția de ejecție a ventriculului stâng (FEVS). Masa ventriculului stâng se calculează din volumul miocardului.

Autorii studiului publicat în 2018 în Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance (Bai și colaboratorii) notează că unui expert antrenat îi trebuie de obicei aproximativ 20 de minute pentru imaginile unui singur subiect. Ei descriu această muncă drept lentă, repetitivă și expusă erorilor subiective. Două persoane care conturează același examen nu trasează exact aceleași margini, așa că și cifrele diferă puțin.

Ce face AI-ul într-un RMN cardiac?

Programul de conturare automată este o rețea neuronală antrenată pe mii de imagini conturate de experți. Pentru fiecare pixel al imaginii, rețeaua stabilește dacă aparține cavității ventriculului stâng, miocardului, ventriculului drept sau fundalului. Din contururile rezultate, programul calculează volumele, masa și FEVS.

Medicul vede contururile suprapuse pe imagini, le verifică și le corectează unde este nevoie. Abia apoi cifrele intră în raport.

Cât de precisă este conturarea automată față de experți?

UK Biobank, 2018. Bai și colaboratorii au antrenat și testat o rețea pe 4.875 de subiecți din UK Biobank, cu 93.500 de imagini adnotate. Pe un set de testare de 600 de subiecți, diferența medie absolută față de contururile manuale a fost:

  • 6,1 ml pentru volumul telediastolic al ventriculului stâng;
  • 5,3 ml pentru volumul telesistolic al ventriculului stâng;
  • 6,9 g pentru masa ventriculului stâng;
  • 8,5 ml și 7,2 ml pentru volumele ventriculului drept.

Autorii arată că aceste diferențe sunt comparabile cu cele dintre doi observatori umani. Analiza imaginilor în ax scurt, în diastolă și în sistolă, a durat aproximativ 2,2 secunde pe subiect.

Date clinice din mai multe centre, 2022. Un studiu condus de Davies, publicat în aceeași revistă, a antrenat un model pe 1.923 de examinări din 13 instituții, cu 10 modele de aparate. Pe 109 pacienți scanați de două ori, modelul a dat rezultate mai reproductibile decât trei clinicieni: coeficientul de variație a fost de 4,2% față de 6,0% pentru FEVS și de 3,6% față de 4,8% pentru masa ventriculului stâng. Analiza a durat aproximativ 20 de secunde pe pacient, față de 13 minute pentru analiza umană. Contururile greșite au apărut rar, la o imagine din 479, mai ales în patologii rare, absente din datele de antrenare. De aceea, medicul verifică în continuare contururile.

Poate AI-ul să măsoare și cicatricea miocardică?

Pe imaginile cu captare tardivă de gadoliniu (late gadolinium enhancement, LGE), cicatricea miocardică apare ca o zonă luminoasă, iar volumul ei se măsoară tot prin conturare. Un studiu publicat în 2020 în Radiology (Fahmy și colaboratorii) a inclus 1.073 de pacienți cu cardiomiopatie hipertrofică, din șapte centre și de pe aparate de la trei producători. Rețeaua a cuantificat cicatricea în 0,15 secunde pe imagine, cu o corelație de 0,88 față de măsurarea manuală. Încadrarea pacienților după pragul de 15% din miocard ocupat de cicatrice (o încărcătură mare) a fost corectă la 202 din 207 pacienți (98%).

Cum ajung măsurătorile din RMN în raportul clinicii?

AI-ul care citește imaginea și AI-ul care scrie raportul se apropie tot mai mult. Primul face măsurătorile, al doilea ajută la documentație, iar medicul rămâne cel care verifică, decide și semnează. Aceeași direcție se vede la CT-ul cardiac, în ecografie și în cardiologie în general.

Soma, asistentul inteligent al clinicii dumneavoastră, se ocupă de partea de documentație: ascultă, înțelege și reține tot ce se spune, apoi scrie raportul în formatul clinicii. Pentru RMN, CT și radiografie, raportul are secțiunile tehnică, descriere, concluzii și recomandări. Ce nu s-a spus în consultație nu apare în raport, iar raportul este gata de verificat și semnat de medic. Vedeți tipurile de rapoarte pe care le scrie Soma.

Vreți să vedeți cum ar lucra Soma în clinica dumneavoastră? Programați o demonstrație: vă arătăm, pe date fictive, cum devine consultația raport în formatul clinicii, gata de verificat și semnat de medic.

Întrebări frecvente

Ce măsoară AI-ul într-un RMN cardiac?

Programele de conturare automată trasează marginile cavității ventriculului stâng, ale miocardului și ale ventriculului drept. Din contururi rezultă volumele telediastolic și telesistolic, fracția de ejecție și masa ventriculului stâng. Unele programe cuantifică și cicatricea miocardică pe imaginile cu captare tardivă de gadoliniu.

Cât de precisă este conturarea automată față de un medic?

Într-un studiu publicat în 2018 în Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, pe 600 de subiecți din UK Biobank, diferența medie față de contururile manuale a fost de 6,1 ml pentru volumul telediastolic al ventriculului stâng și de 6,9 g pentru masă, comparabilă cu diferențele dintre observatori umani.

Mai trebuie medicul să verifice contururile făcute de AI?

Da. Programul propune contururile, iar medicul le verifică și le corectează. Erorile au fost rare în studiile publicate, dar au apărut mai ales în patologii rare, absente din datele de antrenare. Concluziile și semnătura raportului rămân ale medicului.

Cât timp economisește conturarea automată?

Într-un studiu din 2022, analiza automată a durat aproximativ 20 de secunde pe pacient, față de 13 minute pentru analiza umană. Studiul pe UK Biobank din 2018 citează aproximativ 20 de minute pentru un expert antrenat și câteva secunde pentru program.

Surse

  1. Bai W și colab., Automated cardiovascular magnetic resonance image analysis with fully convolutional networks, Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2018
  2. Davies RH și colab., Precision measurement of cardiac structure and function in cardiovascular magnetic resonance using machine learning, Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance, 2022
  3. Fahmy AS și colab., Three-dimensional Deep Convolutional Neural Networks for Automated Myocardial Scar Quantification in Hypertrophic Cardiomyopathy: A Multicenter Multivendor Study, Radiology, 2020

Vreți să vedeți Soma în clinica dumneavoastră?

Programați o demonstrație
Programați o demonstrație