Veštačka inteligencija ubrzava magnetnu rezonancu dojke kod snimanja raka dojke

Nova metoda pod nazivom ELITE razvijena je kako bi magnetna rezonanca dojke postala brža, preciznija i korisnija u praćenju promena kod raka dojke. Istraživači sa Tehniona i iz Sjedinjenih Američkih Država predstavili su ovaj pristup u radu objavljenom u časopisu Nature Communications.

Metoda kombinuje veštačku inteligenciju i napredne matematičke modele. Na taj način omogućava dinamičku magnetnu rezonancu sa velikom brzinom i visokim kvalitetom slike. Poseban značaj ima u snimanju raka dojke, bolesti koja se svake godine dijagnostikuje kod oko 2,3 miliona ljudi, najčešće kod žena.

Zašto je dinamička magnetna rezonanca važna

Dinamička magnetna rezonanca dojke koristi se prvenstveno kod osoba koje imaju visok rizik za rak dojke. Tokom pregleda prati se kako kontrastno sredstvo prolazi kroz tkivo. Na osnovu tog kretanja mogu se dobiti važne informacije o prirodi promene.

Ova metoda ima veoma visoku osetljivost. U priloženim podacima navodi se da dinamička magnetna rezonanca ima više od 90 odsto tačnosti u otkrivanju promena, dok ultrazvuk i mamografija zajedno dostižu približno 50 do 60 odsto.

Ipak, magnetna rezonanca ima i važan izazov. Kada se traže veoma detaljne slike, snimanje obično traje duže. Zbog toga je teško precizno pratiti brzo kretanje kontrastnog sredstva kroz tkivo u realnom vremenu.

Od snimka na nekoliko minuta do slike svake sekunde

Kod tradicionalnih pregleda magnetnom rezonancom, u najboljem slučaju dobija se jedna slika na svakih jedan do dva minuta. Takav tempo ograničava mogućnost da se tačno prate brze promene u tkivu nakon davanja kontrastnog sredstva.

ELITE taj problem rešava drugačijim pristupom obradi podataka. Umesto da se čeka sporije formiranje svake slike, koristi se kombinacija matematičkog modeliranja, veštačke inteligencije i pametne rekonstrukcije podataka koji nedostaju.

Rezultat je mogućnost da se dobije jedna slika u sekundi. To predstavlja veliki pomak u dinamičkom snimanju dojke, jer se kretanje kontrastnog sredstva može pratiti gotovo neprekidno.

Kako funkcioniše ELITE metoda

ELITE povezuje nekoliko različitih tehnoloških elemenata. Matematički modeli prepoznaju strukturne i funkcionalne obrasce u različitim tkivima. Duboka neuronska mreža ResNet koristi se za uklanjanje šuma i izobličenja na slici. Istovremeno se obavlja inteligentna rekonstrukcija informacija koje nedostaju iz nepotpuno prikupljenih merenja.

Ovakav pristup omogućava da se iz manjeg broja podataka dobije jasnija i korisnija slika. To je posebno važno kod pregleda dojke, gde sitne razlike u načinu na koji tkivo prima i otpušta kontrast mogu pomoći u proceni da li je promena sumnjiva.

Šta brže snimanje može da donese lekarima

Praćenje kontrastnog sredstva gotovo iz sekunde u sekundu može pomoći u preciznijem sagledavanju tumora. Kada se bolje vidi kako se kontrast kreće kroz tkivo, lakše se procenjuju osobine promene.

Ova metoda može doprineti:

• tačnijem uočavanju malih tumora
• boljem razlikovanju benignih i malignih promena
• preciznijem opisu bioloških osobina tumora
• boljoj proceni protoka krvi kroz promenu
• proceni propustljivosti krvnih sudova u tumorskom tkivu

Benigne promene nisu zloćudne, dok se maligne promene odnose na rak. Razlikovanje ova dva tipa promena veoma je važno, jer od toga zavise dalji pregledi, praćenje i lečenje.

Rezultati istraživanja na pacijentkinjama

U istraživanju koje je obuhvatilo 54 pacijentkinje, ELITE metoda pokazala je poboljšanu vidljivost tumora u poređenju sa postojećim metodama. Zabeležen je i veoma visok kvalitet slike, uz visoku dijagnostičku osetljivost.

To znači da se promena može jasnije prikazati, a lekar dobija više korisnih informacija za procenu nalaza. Kod snimanja dojke, jasna granica promene, način nakupljanja kontrasta i brzina promena tokom vremena mogu biti veoma važni za tumačenje.

Kraće snimanje i veća dostupnost pregleda

Skraćenje vremena snimanja ima značaj i za organizaciju rada. Ako se pregled obavlja brže, isti uređaj za magnetnu rezonancu može tokom vremena da primi veći broj pacijentkinja.

To može biti posebno važno u centrima gde postoji veliko interesovanje za snimanje dojke ili gde se prate osobe sa povećanim rizikom za rak dojke. Brži pregled ne znači samo tehničku uštedu vremena. On može doprineti dostupnijoj dijagnostici i kraćem čekanju na pregled.

Ko stoji iza istraživanja

Glavni autor rada je dr Edi Solomon sa Fakulteta za biomedicinsko inženjerstvo na Tehnionu. Istraživanje je okupilo stručnjake iz više oblasti, uključujući inženjerstvo, fiziku magnetne rezonance, veštačku inteligenciju i kliničku radiologiju.

U radu su učestvovali i istraživači sa Weill Cornell Medical College i Centra za napredne inovacije i istraživanja u snimanju pri Univerzitetu Njujork.

Istraživanje je podržano grantovima Nacionalnih instituta za zdravlje i istraživačkog programa Radiološkog društva Severne Amerike.

Veza sa ranijim istraživanjem

Ova studija nastavlja se na istraživački projekat objavljen godinu dana ranije u časopisu Radiology: Artificial Intelligence. U tom radu, dr Solomon i saradnici sa Univerziteta Njujork napravili su posebnu bazu od 300 snimaka magnetne rezonance dojke kod raka dojke.

Ta baza je razvijena upravo za razvoj metoda zasnovanih na veštačkoj inteligenciji. Takvi skupovi podataka imaju veliki značaj, jer omogućavaju obuku i proveru novih sistema koji treba da pomognu u bržem i preciznijem tumačenju snimaka.

Moguća primena i van snimanja dojke

Iako je ELITE metoda testirana posebno kod snimanja raka dojke, istraživači su pokazali da bi mogla biti korisna i u drugim oblastima. Kao moguća područja primene navode se snimanje mozga, glave i vrata.

Potencijal metode nije ograničen samo na magnetnu rezonancu. Postoji mogućnost da se sličan pristup koristi i na drugim platformama za medicinsko snimanje. Time se otvara prostor za razvoj inteligentnih sistema koji omogućavaju brže, tačnije i personalizovanije snimanje.

Zašto je ovo važno za budućnost dijagnostike

Savremena dijagnostika sve više ide ka tome da se ne prikazuje samo oblik promene, već i njeno ponašanje tokom vremena. Kod tumora dojke, praćenje protoka krvi i propustljivosti krvnih sudova može pružiti dublji uvid u biološke osobine promene.

ELITE metoda pokazuje kako veštačka inteligencija može da pomogne da se iz postojećeg pregleda dobije više informacija, uz kraće vreme snimanja. Lekarima se tako može pružiti bolji uvid u ono što se dešava u tkivu, gotovo u realnom vremenu.