Malattie cardiovascolari. Ricercatori dell’Università della California hanno sviluppato un dispositivo indossabile che, grazie agli algoritmi di intelligenza artificiale, può misurare la quantità di sangue che il cuore sta pompando.

Un team di scienziati dell’Università della California di La Jolla ha messo a punto un nuovo dispositivo indossabile in grado di monitorare la funzione cardiaca in tempo reale. Si tratta di un “cerotto” dalle dimensioni di un francobollo, che può essere indossato per 24 ore, anche durante allenamenti intensi. L’obiettivo è rendere la tecnologia degli ultrasuoni accessibile a un numero maggiore di persone, come spiega Sheng Xu, docente di Nanoingegneria e coordinatore del progetto.

Allo stato attuale, gli ecocardiogrammi – esami per il cuore basati sugli ultrasuoni – richiedono tecnici altamente preparati e un’attrezzatura ingombrante. “La tecnologia consente a tutti di utilizzare gli ultrasuoni in tempo reale”, dice Xu.

Grazie agli algoritmi di intelligenza artificiale il dispositivo è in grado di misurare la quantità di sangue che il cuore sta pompando, aspetto fondamentale perché un cuore che non riesce a pompare abbastanza sangue è l’origine della maggior parte delle malattie cardiovascolari. Le carenze della funzione cardiaca spesso si manifestano soltanto quando il corpo è in movimento e sotto sforzo.

L’imaging cardiaco è uno strumento clinico indispensabile per verificare la salute a lungo termine del cuore: individua i problemi nel momento in cui si manifestano, ponendo le basi per una cura efficace.

Il dispositivo creato dai ricercatori californiani fornisce in tempo reale dati sull’attività di pompaggio del cuore, anche se la persona in quel momento sta facendo attività fisica. Il cerotto sfrutta gli ultrasuoni per catturare immagini delle quattro camere del cuore da angolazioni diverse, e analizza sottoinsiemi clinicamente rilevanti delle immagini in tempo reale servendosi dell’intelligenza artificiale.

“Il monitoraggio continuo della funzione cardiaca – spiega Hu – è essenziale per rilevare le disfunzioni e gestire le malattie cardiovascolari nei pazienti chirurgici e critici. Tuttavia, la misurazione in tempo reale della salute cardiovascolare è difficile con i metodi non invasivi esistenti, a causa dell’ingombro dei dispositivi, o perché i dispositivi indossabili possono rilevare solo i segnali più superficiali”.

La tecnologia indossabile sviluppata dal team californiano assicura un imaging cardiaco sicuro, non invasivo e di alta qualità, basato su immagini con elevato contrasto, risoluzione spaziale e temporale.

“Riduce anche al minimo il disagio per il paziente e supera alcune limitazioni delle tecnologie non invasive come la CT e la PET, che espongono i pazienti alle radiazioni”, commenta Hao Huang, specializzando che fa parte del team di ricerca.

Il design unico del sensore lo rende ideale per i corpi in movimento. “Il dispositivo può essere applicato al torace senza causare grandi disagi, e fornisce un monitoraggio continuo della funzionalità cardiaca prima, durante e dopo un esercizio fisico anche intenso”, spiega Xiaoxiang Gao, altro ricercatore coinvolto.

Le malattie cardiovascolari sono la principale causa di morte fra gli anziani, ma stanno diventando sempre più diffuse anche fra i giovani a causa degli stili di vita scorretti.

I segni delle malattie cardiache sono spesso transitori e imprevedibili, rendendo difficile una loro individuazione. Ne consegue il bisogno di tecnologie avanzate, non invasive ed efficaci, che assicurino un imaging cardiaco in tempo reale, obiettivo raggiunto da questo dispositivo.

“Il cuore è vittima di diverse patologie – spiega Hongjie Hu, altro ricercatore del laboratorio diretto da Xu -. L’imaging cardiaco rivela le condizioni reali dell’organo. Il monitoraggio in tempo reale offre il quadro completo in dettaglio e con un effetto visivo di qualità”.

Il cerotto misura 1,9 cm (L) x 2,2 cm (L) x 0,09 cm (T). Invia e riceve le onde ultrasoniche che vengono utilizzate per generare un flusso costante di immagini della struttura del cuore in tempo reale. Il sistema può esaminare il ventricolo sinistro in viste bipiano separate, utilizzando gli ultrasuoni e generando immagini clinicamente più utili di quelle precedentemente disponibili. Come caso d’uso, il team ha dimostrato l’imaging del cuore durante l’esercizio, che non è possibile con le apparecchiature rigide e ingombranti utilizzate in ambito clinico.

Le prestazioni del cuore sono caratterizzate da tre fattori: volume di sangue che il cuore pompa fuori ogni battito, frazione di eiezione (la percentuale di sangue pompato dal ventricolo sinistro del cuore ogni battito) e gittata cardiaca (il volume di sangue che il cuore pompa ogni minuto). Il team di Xu ha sviluppato un algoritmo per facilitare l’elaborazione automatica continua e assistita dall’intelligenza artificiale.

“Un modello di deep learning segmenta automaticamente la forma del ventricolo sinistro dalla registrazione continua dell’immagine, estraendone il volume fotogramma per fotogramma e producendo forme d’onda per misurare il volume, la gittata cardiaca e la frazione di eiezione”, afferma Mohan Li, studente di master nel gruppo Xu all’UC San Diego.

“In particolare, la componente AI coinvolge un modello di deep learning per la segmentazione delle immagini, un algoritmo per il calcolo del volume cardiaco e un algoritmo di imputazione dei dati”, afferma Ruixiang Qi, altro studente di master nel gruppo Xu.

La tecnologia genera curve di questi tre indici in modo continuo e non invasivo, poiché la componente AI elabora il flusso continuo di immagini per generare numeri e curve. Per produrre il dispositivo indossabile stesso, i ricercatori hanno utilizzato un composito piezoelettrico legato con supporto Ag-epossidico come materiale per i trasduttori nell’imager a ultrasuoni, riducendo il rischio e migliorando l’efficienza rispetto ai metodi precedenti.

Redazione Nurse Times

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