La inteligencia artificial reduce la barrera al tratamiento de enfermedades cerebrales con ultrasonido

Newswise: la tecnología de ultrasonido enfocado es un método de tratamiento no invasivo que enfoca la energía del ultrasonido en unos pocos milímetros del cerebro, incluidas regiones profundas, para tratar trastornos neurológicos sin abrir el cráneo. Se ha aplicado al tratamiento de diversas enfermedades cerebrales intratables como la depresión y la enfermedad de Alzheimer porque minimiza el impacto en el tejido sano circundante y reduce los efectos secundarios como complicaciones e infecciones. Sin embargo, su uso ha sido limitado hasta ahora porque es difícil reflejar en tiempo real la distorsión de las ondas de ultrasonido causada por las diferentes formas de los cráneos de diferentes pacientes.

Un equipo de investigación dirigido por el Dr. Kim, Hyungmin del Centro de Investigación Biónica del Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST) ha desarrollado una tecnología de simulación acústica en tiempo real basada en IA generativa para predecir y corregir la distorsión de la posición del foco de ultrasonido causada por el cráneo en tiempo real durante la terapia de ultrasonido enfocado. Hasta ahora, no se ha validado la aplicabilidad clínica de los modelos de simulación de IA en el campo de la tecnología de terapia de ultrasonido focalizado no invasivo.

Para predecir la ubicación del foco acústico invisible se utilizan actualmente sistemas de navegación basados ​​en imágenes médicas tomadas antes del tratamiento, que proporcionan información sobre la posición relativa del paciente y el transductor de ultrasonido. Sin embargo, están limitados por su incapacidad para tener en cuenta la distorsión de las ondas ultrasónicas causadas por el cráneo, y aunque se han utilizado varias técnicas de simulación para compensar esto, todavía requieren un tiempo computacional significativo, lo que dificulta su aplicación en la práctica clínica real. .

El equipo de investigación desarrolló una tecnología de simulación de ultrasonido enfocado en tiempo real a través de un modelo de inteligencia artificial basado en una red neuronal generativa adversaria (GAN), un modelo de aprendizaje profundo ampliamente utilizado para la generación de imágenes en el campo médico. La tecnología reduce el tiempo de actualización de la información de simulación tridimensional que refleja cambios en las ondas acústicas de ultrasonido de 14 sa 0,1 s, al tiempo que muestra un error de presión acústica máxima promedio de menos del 7% y un error de posición focal de menos de 6 mm, ambos de que están dentro del rango de error de las tecnologías de simulación existentes, aumentando la posibilidad de aplicación clínica.

El equipo de investigación también desarrolló un sistema de navegación basado en imágenes médicas para verificar el rendimiento de la tecnología desarrollada y poder implementarla rápidamente en la práctica clínica del mundo real. El sistema puede proporcionar simulaciones acústicas en tiempo real a una frecuencia de 5 Hz dependiendo de la posición del transductor de ultrasonido y logró predecir la posición de la energía del ultrasonido y el enfoque dentro del cráneo en tiempo real durante la terapia de ultrasonido enfocado.

Hasta ahora, debido al largo tiempo de cálculo, era necesario colocar el transductor de ultrasonidos con precisión en una ubicación previamente planificada para poder utilizar los resultados de la simulación. Sin embargo, con el sistema de navegación guiado por simulación recientemente desarrollado, ahora es posible ajustar el enfoque del ultrasonido en función de los resultados de la simulación acústica obtenidos en tiempo real. En el futuro, se espera mejorar la precisión del ultrasonido enfocado y brindar un tratamiento seguro a los pacientes al poder responder rápidamente a situaciones inesperadas que puedan ocurrir durante el proceso de tratamiento.

“A medida que esta investigación mejore la precisión y seguridad del tratamiento de enfermedades cerebrales con ultrasonido enfocado, surgirán más aplicaciones clínicas”, dijo el Dr. Kim, Hyungmin de KIST. “Para uso práctico, planeamos verificar el sistema diversificando el entorno de sonicación de ultrasonido, como transductores de ultrasonido de matriz múltiple”.

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KIST se estableció en 1966 como el primer instituto de investigación financiado por el gobierno en Corea. KIST ahora se esfuerza por resolver desafíos nacionales y sociales y asegurar motores de crecimiento a través de investigaciones líderes e innovadoras. Para obtener más información, visite el sitio web de KIST en https://eng.kist.re.kr/

Esta investigación fue apoyada por el Ministerio de Ciencia y TIC (Ministro Lee Jong-ho) en el marco del Proyecto de Investigación de Convergencia Creativa (CAP-18014-000) del Consejo Nacional de Investigación de Corea. Los resultados de la investigación se publicaron el 14 de octubre en la principal revista internacional NeuroImage (3,6% superior en JCR).