I medici sono in grado di identificare un osso rotto, rilevare un tumore o persino osservare un bambino nell’utero, il tutto in modo non invasivo per i pazienti. Quanto possiamo vedere all’interno del corpo umano? Il campo dell’imaging medico è in costante sviluppo, con l’obiettivo di ottenere immagini sempre più precise e di individuare le anomalie più piccole. Il professor Dimitri Van De Ville individua due tendenze nella risonanza magnetica (RM). "La prima area di ricerca è la creazione di macchine con un campo magnetico più potente, con l’obiettivo di rilevare anomalie più piccole come micro-lesioni o cellule tumorali in una fase iniziale di sviluppo", spiega il direttore del Medical Image Processing Laboratory dell’EPFL.
Le macchine per la risonanza magnetica più comunemente utilizzate negli ospedali hanno un campo magnetico di 1,5 o 3 Tesla. Gli scienziati del Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, vicino a Parigi, hanno sviluppato il dispositivo più potente al mondo, con un campo magnetico di 11,7 Tesla.
All’EPFL, gli scienziati lavorano con una propria macchina da 7 Tesla, situata presso il Centro di Imaging Biomedico (CIBM). Questo tipo di macchina ad altissime prestazioni consente di mappare in vivo il cervello umano per strati neuronali. "Questo ci permetterà di comprendere meglio le strutture cerebrali, perché oggi non è del tutto chiaro cosa rappresentino effettivamente", spiega Friedhelm Hummel, professore e titolare della cattedra Defitech in Neuroingegneria clinica e interazione uomo-computer presso il Neuro-X Institute.
La seconda tendenza è quella di ridurre questo campo magnetico, ben al di sotto di 1,5 Tesla, senza compromettere il contenuto informativo dell’immagine diagnostica, al fine di produrre macchine meno costose e più facili da trasportare e installare, in particolare nei Paesi in via di sviluppo. "Questo è possibile grazie ai progressi della tecnologia, come i sensori, i dispositivi e l’elaborazione dei dati, alcuni dei quali sono stati sviluppati all’EPFL", spiega Dimitri Van De Ville.
Più ci spingiamo in alto nel campo magnetico, più misuriamo segnali informativi fini e sottili.J ean-Philippe Thiran, professore e direttore del Laboratorio di elaborazione dei segnali
Gli ultrasuoni di nuovo sotto i riflettori
La tecnologia degli ultrasuoni, utilizzata tra l’altro per effettuare scansioni ad ultrasuoni, è cambiata pochissimo da quando è stata inventata. "Gli ultrasuoni vengono utilizzati per osservare il movimento, come il battito cardiaco o un bambino in movimento", spiega Jean-Philippe Thiran.Negli ultimi dieci anni circa, tuttavia, gli ultrasuoni hanno conosciuto una rinascita grazie alla loro capacità di eseguire calcoli in tempo reale. "Le macchine più moderne sono dotate di computer estremamente potenti che possono elaborare grandi quantità di dati in tempo reale. Ora possiamo rilevare le proprietà fisiche dei tessuti, come l’elasticità. Questo è utile per individuare patologie del fegato come la cirrosi", spiega il professore.
A ciò si aggiunge il miglioramento della velocità. I dispositivi a ultrasuoni sono in grado di generare tra le 30 e le 40 immagini al secondo. Grazie alla maggiore potenza di calcolo, nel prossimo futuro la professione medica potrà beneficiare di dispositivi che producono tra le 1.000 e le 2.000 immagini al secondo. "Ciò consentirà di misurare processi dinamici come il flusso sanguigno, in particolare nel campo dell’imaging cerebrale", afferma Jean-Philippe Thiran.
La rivoluzione dell’intelligenza artificiale
L’imaging medico del futuro si baserà anche sull’intelligenza artificiale, sull’apprendimento automatico, sull’elaborazione dei dati e sugli algoritmi, tutti elementi ormai indispensabili. "L’intelligenza artificiale sta rivoluzionando la pratica medica, perché consentirà di combinare le informazioni provenienti da diverse modalità mediche. Presto i medici potranno combinare i risultati di una risonanza magnetica con quelli di una radiografia o addirittura con i referti medici per ottenere una panoramica di una patologia o di un organo", spiega Dimitri Van De Ville.Egli immagina uno strumento interattivo a cui gli specialisti pongono domande per fare previsioni. "L’intelligenza artificiale già segmenta le immagini e rileva le anomalie, ma andrà oltre e diventerà più potente", continua il ricercatore che sta lavorando alla modellazione del cervello umano. Presto parleremo di imaging medico computazionale". L’obiettivo di questi sviluppi tecnici rimane una migliore comprensione degli organi umani e l’identificazione delle malattie", aggiunge Jean-Philippe Thiran.
Tuttavia, l’ecografista sottolinea i limiti di questi progressi. "L’intelligenza artificiale dovrà essere addestrata secondo i modelli che abbiamo imparato a conoscere, in modo da poter creare immagini e previsioni corrette. Altrimenti, potrebbe produrre allucinazioni", avverte Jean-Philippe Thiran. L’intelligenza artificiale dovrà quindi assorbire una grande quantità di dati e algoritmi robusti se vuole dimostrarsi ottimale.
Friedhelm Hummel, da parte sua, solleva questioni etiche relative all’uso dell’intelligenza artificiale. "Se le immagini mediche del futuro permetteranno di anticipare con una certa probabilità un disturbo come il morbo di Alzheimer anni prima che si manifesti clinicamente, dovremo - e come - comunicare questa previsione al paziente, senza avere la certezza che si verifichi, tanto più che al momento non esiste alcun trattamento? Come ogni progresso tecnologico, anche questo dovrà essere accompagnato da importanti questioni morali, soprattutto perché tocca i livelli più profondi dell’individualità.