Μηχανική μάθηση: Πιο ακριβής 3D εικόνα της υγείας του εμβρύου

Η τεχνητή νοημοσύνη συνεχίζει να αλλάζει ριζικά την ιατρική, αυτή τη φορά με ένα καινοτόμο εργαλείο που στηρίζεται στην μηχανική μάθηση και υπόσχεται να δώσει στους γιατρούς μία πιο καθαρή και λεπτομερή εικόνα της ανάπτυξης του εμβρύου. Ερευνητές του MIT, του Boston Children’s Hospital και της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ ανέπτυξαν το Fetal SMPL, ένα μοντέλο μηχανικής μάθησης που δημιουργεί τρισδιάστατες αναπαραστάσεις των εμβρύων με εξαιρετική ακρίβεια.

Από το υπερηχογράφημα στη μαγνητική τομογραφία και την τεχνητή νοημοσύνη

Οι περισσότερες εγκυμοσύνες παρακολουθούνται με υπερήχους, οι οποίοι προσφέρουν σημαντικές πληροφορίες για το μέγεθος, το φύλο και τυχόν ανωμαλίες του εμβρύου. Ωστόσο, οι υπέρηχοι περιορίζονται σε δισδιάστατες εικόνες. Σε πιο εξειδικευμένες περιπτώσεις χρησιμοποιείται η μαγνητική τομογραφία (MRI), που δίνει τρισδιάστατες εικόνες, δύσκολες όμως στην ερμηνεία από τους γιατρούς, καθώς το ανθρώπινο μάτι δεν είναι εξοικειωμένο με τόσο πολύπλοκες «ογκώδεις» αναπαραστάσεις. Σε αυτό το κενό έρχεται να απαντήσει το Fetal SMPL, αξιοποιώντας την τεχνητή νοημοσύνη για να αποδώσει με ρεαλισμό τη στάση και το σχήμα του εμβρύου.

Εκπαίδευση με 20.000 μαγνητικές τομογραφίες

Το νέο μοντέλο βασίζεται στο SMPL, ένα τρισδιάστατο εργαλείο που είχε αρχικά αναπτυχθεί για να αποτυπώνει σχήματα και κινήσεις ενηλίκων στο πεδίο των γραφικών υπολογιστών. Οι ερευνητές το προσαρμόσαν για να μπορεί να αναπαριστά με ακρίβεια το σώμα και τις στάσεις ενός εμβρύου. Για την εκπαίδευσή του χρησιμοποιήθηκαν 20.000 MRI εμβρύων, επιτρέποντάς του να «μάθει» να προβλέπει με ακρίβεια τη θέση, το μέγεθος και τη στάση τους.

Το αποτέλεσμα είναι τρισδιάστατα «γλυπτά» που μοιάζουν με πραγματικά αγάλματα, μέσα στα οποία υπάρχει ένας εσωτερικός «σκελετός» με 23 αρθρώσεις, ώστε το μοντέλο να μιμείται τις φυσικές κινήσεις. Η ακρίβεια που πέτυχε είναι εντυπωσιακή: η απόκλιση στις προβλέψεις του ήταν μόλις 3,1 χιλιοστά, μικρότερη από έναν κόκκο ρυζιού.

Πώς βοηθά τους γιατρούς

Χάρη στο Fetal SMPL, οι γιατροί μπορούν να μετρούν με ακρίβεια κρίσιμες παραμέτρους, όπως το μέγεθος της κεφαλής ή της κοιλιάς, και να τις συγκρίνουν με τις τιμές υγιών εμβρύων της ίδιας ηλικίας κύησης. Αυτό δίνει τη δυνατότητα για έγκαιρη διάγνωση πιθανών αποκλίσεων στην ανάπτυξη.

Ο επικεφαλής ερευνητής, ο διδακτορικός φοιτητής του MIT Yingcheng Liu, εξηγεί:
«Είναι εξαιρετικά δύσκολο να εκτιμήσεις το σχήμα και τη στάση ενός εμβρύου, καθώς βρίσκεται σε πολύ περιορισμένο χώρο. Η μέθοδός μας ξεπερνά αυτό το εμπόδιο, χρησιμοποιώντας ένα σύστημα αλληλοσυνδεόμενων “οστών” που αναπαριστούν το σώμα και τις κινήσεις του με ρεαλισμό».

Σύγκριση με υπάρχοντα μοντέλα

Οι ερευνητές συνέκριναν το Fetal SMPL με το SMIL, ένα μοντέλο που είχε σχεδιαστεί για βρέφη εκτός μήτρας. Αφού προσαρμόστηκε στο μικρότερο μέγεθος των εμβρύων, οι συγκρίσεις έδειξαν ότι το νέο εργαλείο ήταν πιο ακριβές, αποδίδοντας τις πραγματικές MRI εικόνες με μεγαλύτερη πιστότητα. Επιπλέον, το Fetal SMPL χρειάστηκε μόνο τρεις επαναλήψεις για να φτάσει σε αξιόπιστη πρόβλεψη, δείχνοντας ότι είναι ταυτόχρονα αποδοτικό και γρήγορο.

Περιορισμοί και επόμενα βήματα

Παρά την επιτυχία, το εργαλείο προς το παρόν περιορίζεται στην ανάλυση των εξωτερικών χαρακτηριστικών του εμβρύου, χωρίς να παρέχει εικόνα για την ανάπτυξη εσωτερικών οργάνων όπως το ήπαρ ή οι πνεύμονες. Οι ερευνητές σκοπεύουν να αναπτύξουν μια ογκομετρική εκδοχή που θα μπορεί να μοντελοποιεί και την εσωτερική ανατομία. Σύμφωνα με τον καθηγητή Kiho Im της Ιατρικής Σχολής του Χάρβαρντ, «η μέθοδος αυτή βελτιώνει σημαντικά την αξιολόγηση της εμβρυϊκής ανάπτυξης και θα μπορούσε να προσφέρει νέες γνώσεις για τη λειτουργική ανάπτυξη του εγκεφάλου σε σχέση με τις κινήσεις του σώματος».

Ένα νέο κεφάλαιο στην προγεννητική φροντίδα

Η καινοτομία του Fetal SMPL ανοίγει τον δρόμο για πιο ακριβή διάγνωση αναπτυξιακών ανωμαλιών και καλύτερη κατανόηση της εμβρυϊκής ανάπτυξης. Το γεγονός ότι βασίζεται σε μοντέλα ήδη συμβατά με εκείνα που χρησιμοποιούνται για ενήλικες και βρέφη, δίνει στους ερευνητές τη δυνατότητα να μελετήσουν την εξέλιξη του ανθρώπινου σώματος σε όλη τη διάρκεια της ζωής. Τα πρώτα αποτελέσματα κρίνονται εξαιρετικά ενθαρρυντικά, ωστόσο απαιτούνται μεγαλύτερες κλινικές δοκιμές σε διαφορετικές ηλικίες κύησης και περιπτώσεις ασθενειών για να διαπιστωθεί πλήρως η αξία του εργαλείου στην καθημερινή ιατρική πράξη.