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Il Glaucoma. L’intelligenza artificiale per una diagnosi precoce

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Gennaio, mese del Glaucoma , malattia dell’occhio molto diffusa: l’OMS – Organizzazione Mondiale della Sanità – stima che 80 milioni di persone nel modo ne siano affette, 1 milione in Italia. La ricerca avanza e punta anche sull’intelligenza artificiale. Parte un progetto internazionale con l’obiettivo di  intercettare i segnali della malattia precocemente e creare un algoritmo che consenta in futuro di fare lo screening ambulatoriale e il monitoraggio da remoto

Ne abbiamo parliamo con il Prof. Luciano Quaranta, Direttore Scientifico del COI – Centro Oculistico Italiano – primo in Italia e nella Top Fifty dei migliori esperti di terapia del glaucoma al mondo.

La malattia silenziosa che “ruba” la vista

Il Glaucoma è una malattia oculare spesso definita il “ladro silenzioso della vista”, colpisce le strutture nervose dell’occhio: l’aumento della pressione oculare causa danni alla retina e al nervo ottico e le prime a risentirne sono le cellule retiniche dette ganglionari che vanno incontro ad un deterioramento della percezione visiva spaziale, ovvero il campo visivo.

Si tratta di una malattia estremamente insidiosa, in quanto totalmente asintomatica negli stadi inziali, solo negli stadi avanzati diventa evidente.

Il glaucoma è una malattia molto frequente. Secondo l’OMS- Organizzazione Mondiale della Sanità – nel mondo circa 80 milioni di persone ne sono affette e 25 milioni sono quelle che hanno perso la vista del tutto o in parte. Solo in Italia i glaucomatosi sono circa un milione, ma una persona su due non lo sa. È una patologia silente e pericolosa per la vista.

Il Glaucoma, malattia diffusa

L’intelligenza artificiale per una diagnosi precoce

E così scende in campo l’intelligenza artificiale come uno Sherlock Holmes della vista: a caccia dei primi segnali del glaucoma per identificare il prima possibile la malattia ed intervenire precocemente per rallentarne la progressione e i conseguenti danni che possono arrivare anche alla cecità. Con questo obiettivo stanno lavorando gli specialisti del Centro Oculistico Italiano di Brescia, l’Università di Modena e Reggio Emilia e l’IRCCS Fondazione Bietti di Roma grazie ad un progetto internazionale finanziato dalla fondazione svizzera Velux Stiftung che punta alla realizzazione di un sistema automatico contactless per lo screening e la diagnosi precoce della forma di glaucoma ad angolo chiuso.

Glaucoma e intelligenza artificiale
Il glaucoma, l’intelligenza artificiale per una diagnosi precoce

Il progetto “Velux”

Attraverso il progetto Velux: NACA estimator (No Contact Anterior Chamber Angle), i ricercatori sono al lavoro per creare un algoritmo che consenta in futuro di fare lo screening ambulatoriale e il monitoraggio da remoto. Sono le applicazioni dell’Intelligenza Artificiale in oftalmologia che iniziano a dare i primi risultati grazie al Deep Learning (DL). In oftalmologia, l’Intelligenza Artificiale e, in particolare, il DL si sono rivelati utili nella diagnosi della retinopatia diabetica (DR), della degenerazione maculare legata all’età e della retinopatia del prematuro, fino alla valutazione del glaucoma. E proprio in quest’ambito la ricerca si sta evolvendo rapidamente per lo sviluppo di dispositivi evoluti realizzati grazie all’integrazione di competenze ingegneristiche e oculistiche.

«L’Intelligenza Artificiale – spiega il prof. Quaranta – è un sistema informatico in grado di eseguire attività che normalmente richiedono l’intelligenza umana, come il rilevamento delle alterazioni indotte dal glaucoma a livello della testa del nervo ottico, o la progressione del danno del campo visivo. I metodi di Intelligenza Artificiale vengono sviluppati applicando delle specifiche competenze tecniche, note anche come competenze algoritmiche, per interrogare i dati, il che porta alla produzione di algoritmi informatici veloci e intelligenti».

Obiettivo: individuare rapidamente la malattia oculare

«Gli algoritmi automatizzati – prosegue Il prof. Quaranta -sono già utilizzati in alcune branche cliniche, tra cui proprio l’oftalmologia. Nell’ambito del glaucoma esistono due principali fronti di applicazione dell’IA: l’analisi della testa del nervo ottico e l’analisi della progressione del danno del campo visivo. Con il nostro progetto, invece, stiamo cercando di ‘sfruttare’ l’IA per individuare il prima possibile la patologia oculare. La diagnosi precoce e la gestione preventiva della degenerazione è fondamentale”. Le persone con glaucoma, o a rischio di svilupparlo, devono sottoporsi a controlli periodici durante il corso della loro vita e proprio per questo con il progetto italiano che stiamo portando avanti speriamo di poter mettere a punto un sistema automatico per la diagnosi precoce.»

La diagnosi fatta da un algoritmo

Quale vantaggio si aspettano gli specialisti da una diagnosi di glaucoma fatta da un algoritmo piuttosto che da un medico? La macchina è più precisa dell’uomo? “

«Il glaucoma è una malattia multifattoriale e per questo motivo risulta difficile pensare che allo stato attuale un algoritmo di IA possa sopperire completamente alla capacità di discernimento clinico dell’uomo” – afferma il prof. Quaranta – .La diagnosi non è sempre semplice anche per un oculista esperto e per tale motivo si rende sempre più necessario avere a disposizione degli strumenti che consentano di eseguire una diagnosi corretta e precoce, anche in condizioni di scarsa accessibilità al sistema di diagnosi e cura. I ricercatori stanno provando ad ‘addestrare’ la macchina e a farla ragionare correttamente in modo che abbia tutte le informazioni che occorrono per un rilevamento accurato del glaucoma.

Al momento abbiamo dimostrato che esiste una buona correlazione tra clinico esperto e sistema collegato ad Intelligenza Artificiale e reti neurali. Ad oggi, sebbene il dataset (l’insieme dei dati) sia ancora limitato, abbiamo un grado di concordanza superiore al 80% per tutti i gradi di profondità della camera anteriore periferica.»

Distinguere il tipo di glaucoma

«Un altro aspetto cruciale è la capacità dell’intelligenza artificiale A di distinguere o meno le varie forme di glaucoma. Fino ad ora abbiamo parlato di glaucoma in generale, sia nella sua forma ad angolo aperto che in quella ad angolo chiuso, ma per poter impostare una terapia efficace è fondamentale poterle diagnosticare in maniera corretta.

Ancora oggi il ‘gold standard’ clinico per diagnosticare le due forme è la gonioscopia, un esame moderatamente invasivo per il paziente ed altamente variabile sia per le condizioni di esecuzione che per l’interpretazione del dato clinico da parte del medico oculista. Perciò, si rende necessario avere a disposizione un sistema semplice a basso costo e possibilmente operatore-indipendente che possa fare diagnosi o quantomeno allertare sulla possibilità di sviluppare un glaucoma ad angolo chiuso.»

Verso lo screening automatico e contactless

Il progetto internazionale Velux va proprio in questa direzione ed è volto alla realizzazione di un sistema automatico contactless per lo screening e la diagnosi precoce della forma di glaucoma ad angolo chiuso. I primi risultati della ricerca sono stati presentati in occasione della conferenza internazionale SPIE Photonics West tenutasi a San Francisco.

«Lo strumento sviluppato – conclude il prof. Quaranta – consente di acquisire automaticamente una serie di immagini dell’occhio del paziente illuminato da una proiezione di luce laser. Queste immagini vengono poi analizzate attraverso algoritmi di Machine Learning e Deep Learning, per ottenere un’informazione immediata sullo stato di una eventuale patologia glaucomatosa ad angolo stretto o occludibile. I primi risultati ottenuti riguardano l’addestramento di alcuni algoritmi innovativi opportunamente istruiti da oculisti specializzati. Sono dati incoraggianti e dimostrano la validità dell’utilizzo di tecnologie di IA in oftalmologia.»