Sanità e scienze biologiche
La UNSW Sydney accelera la diagnosi di ictus nelle aree regionali dell'Australia con MONAI
University of New South Wales (UNSW) Sydney—Image Gallery
Obiettivo
L'ictus è la seconda causa di morte e la causa più comune di disabilità negli adulti nel mondo. Dato che i casi di ictus a livello globale sono destinati a raddoppiare entro il 2050, la diagnosi e il trattamento tempestivi sono più importanti che mai. In Australia, il Sydney Telestroke Service della University of New South Wales (UNSW) sta adottando un nuovo approccio che sfrutta l'IA, MONAI e il calcolo accelerato dalle GPU NVIDIA per fornire informazioni salvavita in tempo reale, in particolare per i pazienti delle comunità regionali e remote.
Punti chiave
- Utilizzando MONAI Label e le GPU NVIDIA, l'NSW Telestroke Service ha ridotto i tempi dell'analisi del volume delle emorragie da 20 minuti a pochi secondi.
- Con MONAI Label accelerato dalle GPU NVIDIA con Auto3DSeg, l'NSW Telestroke Service ha automatizzato la segmentazione delle lesioni in 23 ospedali regionali in tutto lo stato.
- Con MONAI Label integrato con XNAT e dotato di GPU NVIDIA, l'NSW Telestroke Service ha creato una piattaforma IA unificata per l'analisi degli ictus in tempo reale.
Colmare il divario nell'assistenza in caso di ictus nelle aree regionali
Il team della UNSW, guidato dal dott. Ken Butcher, professore di neurologia presso la UNSW Sydney e direttore medico dell'NSW Telestroke Service, offre accesso virtuale rapido agli specialisti in ictus a 23 ospedali regionali in tutto il New South Wales. Queste comunità, spesso a ore di distanza dai centri metropolitani, in precedenza non avevano accesso immediato a diagnosi e cure di esperti in caso di ictus.
"Senza l'imaging cerebrale, non esiste alcun tipo di medicina moderna per l'ictus", spiega il dott. Butcher. "Non è possibile nemmeno differenziare i due sottotipi di base di ictus, emorragico e ischemico, senza una scansione TC o una risonanza magnetica".
Questa distinzione è fondamentale, visto che gli ictus emorragici (emorragie nel cervello) e gli ictus ischemici (arterie bloccate) richiedono trattamenti molto diversi, pur presentandosi spesso con sintomi identici. Una diagnosi rapida e accurata, entro una finestra terapeutica cruciale, è essenziale per individuare le cure corrette.
Colli di bottiglia nell'imaging: dal qualitativo al quantitativo
Le scansioni delle TAC possono essere acquisite rapidamente, ma l'analisi quantitativa, come la misurazione precisa del volume delle emorragie cerebrali, per lungo tempo è stata limitata agli ambienti di ricerca. La segmentazione manuale è un processo lungo, laborioso e incostante.
"Ho trascorso anni a formare studenti e medici alla segmentazione manuale delle immagini cerebrali", osserva il dottore Butcher. “È un lavoro minuzioso. Ogni volta che qualcuno si laurea, devo ricominciare da capo. Doveva esserci un modo migliore".
"Grazie a MONAI e NVIDIA, ora possiamo generare volumi di emorragie accurati in pochi secondi, qualcosa che prima richiedeva anche 20 minuti, e lo stiamo facendo in tempo reale, durante le consultazioni cliniche. Attualmente, disponiamo di modelli per le emorragie intracraniche e le lesioni RM ponderate per la diffusione, ma altri sono in via di sviluppo."
Dott. Ken Butcher,
professore di neurologia presso la UNSW Sydney e direttore medico dell'NSW Telestroke Service
La svolta con MONAI e NVIDIA
Questo modo migliore di lavorare è stato reso possibile grazie a MONAI Label e Auto3DSeg, ovvero i moduli di base del toolkit MONAI open source, integrati in un visualizzatore di immagini mediche e basati su GPU NVIDIA su infrastruttura cloud eHealth AWS Enterprise. Con il supporto del team Telestroke Project e degli esperti tecnici di NVIDIA, il team del dott. Butcher ha distribuito una soluzione Telestroke assistita dall'IA che automatizza la segmentazione e la misurazione delle lesioni cerebrali nelle TAC, portando informazioni quantitative avanzate nelle attività cliniche quotidiane.
Il flusso di lavoro è progettato per essere potente ed efficiente. Le immagini della TAC vengono inviate a un server MONAI Label in un ambiente sicuro e cloud-native gestito mediante calcolo accelerato dalle GPU NVIDIA su AWS. MONAI Label utilizza queste GPU per l'inferenza IA, segmentando rapidamente le lesioni da ictus e fornendo misurazioni quantitative del volume. I risultati vengono inviati al repository di immagini statale per la revisione immediata da parte di un consulente; le versioni PDF anonime vengono inviate simultaneamente via e-mail all'intero team Telestroke.
L'integrazione con i visualizzatori open source, tra cui 3D Slicer, OHIF e ITK Snap, consente visualizzazioni e annotazioni rapide ovunque. L'architettura server modulare di MONAI Label, combinata con XNAT per la gestione dei dati, rende il sistema flessibile per la distribuzione on-premise o cloud e facilmente integrabile negli ambienti IT sanitari esistenti. "Grazie a MONAI e NVIDIA, ora possiamo generare volumi di emorragie accurati in pochi secondi, qualcosa che prima richiedeva fino a 20 minuti", afferma il dott. Butcher. “E lo stiamo facendo in tempo reale, durante le consultazioni cliniche. Attualmente, disponiamo di modelli per le emorragie intracraniche e le lesioni RM ponderate per la diffusione, ma altri sono in via di sviluppo".
Distribuzione dell'IA semplificata per la diagnostica per immagini di ictus
Il team di progetto ha integrato MONAI Label con XNAT, un sistema PACS per la ricerca. Le immagini dal repository statale, tra cui Telestroke PACS, vengono inviate a XNAT, attivando automaticamente MONAI Label per l'inferenza. Il sistema genera oggetti di segmentazione DICOM, caselle di delimitazione, sovrapposizioni di segmentazione PNG e report PDF, archiviando tutto a livello centrale, facilmente visualizzabile mediante visualizzatore OHIF e inviato nuovamente al PACS per l'uso clinico.
Eventuali segmentazioni non accurate generate dall'IA vengono contrassegnate e corrette in 3D Slicer, con correzioni retroalimentate per l'apprendimento e il riaddestramento attivi. L'inferenza e il riaddestramento accelerati da GPU di MONAI Label consentono miglioramenti continui e flussi di lavoro rapidi.
Attualmente, l'UNSW esegue due modelli distribuiti: uno per il rilevamento delle emorragie e uno per il volume finale di infarti ischemici dalla risonanza magnetica. Questi modelli vengono continuamente perfezionati con nuovi dati e annotazioni. Il team sta inoltre sviluppando nuovi approcci per la TAC con mezzo di contrasto, l'imaging retinico e il tracking oculare per la diagnosi delle vertigini. Tutti i modelli approvati vengono messi a disposizione pubblicamente tramite MONAI Model Zoo, consentendo ai medici di tutto il mondo di adottarli e adattarli.
"Abbiamo creato un loop di feedback. Se il modello presenta un errore, lo correggiamo, lo riaddestriamo e lo ridistribuiamo, il tutto all'interno della nostra infrastruttura clinica. Questo è il futuro dell'IA nella medicina".
Dott. Ken Butcher,
professore di neurologia presso la UNSW Sydney e direttore medico dell'NSW Telestroke Service
Decisioni in tempo reale, risultati migliori
Il servizio Telestroke offre ora misurazioni del volume in tempo reale per le emorragie in tutta la sua rete. I dati della segmentazione e della misurazione arrivano al PACS e vengono condivisi in modo sicuro con tutti gli specialisti in materia. Questo flusso di lavoro rende possibile un processo decisionale collaborativo a livello statale.
“Esaminiamo ogni caso come team durante la nostra riunione di revisione clinica settimanale”, dice il dott. Butcher. “Per la prima volta, possiamo valutare oggettivamente se un'emorragia è cresciuta e di quanto. Il modello di risonanza magnetica ci aiuta a vedere esattamente quanto tessuto cerebrale abbiamo salvato dopo il trattamento. “Non è solo ricerca, è cura clinica applicata”.
Per gli ospedali rurali e remoti, la piattaforma è una vera propria rivoluzione, poiché fornisce competenze tempestive e informazioni critiche che possono fare la differenza tra il recupero e la disabilità permanente. I medici possono prendere decisioni più veloci e sicure, migliorando gli esiti dei pazienti e riducendo la pressione sul pronto soccorso.
Scansione cerebrale di ictus
Una piattaforma per l'apprendimento e l'innovazione continui
Uno degli aspetti più innovativi del progetto è la sua capacità di apprendere e migliorare nel tempo. Ogni segmentazione IA viene riesaminata nell'ambito delle riunioni multidisciplinari settimanali della UNSW. Se è necessario correggere l'output del modello, è possibile farlo in poco tempo in 3D Slicer, per poi retroaddestrare il modello tramite la funzionalità di apprendimento attivo di MONAI Label, per un miglioramento continuo del sistema.
"Abbiamo creato un loop di feedback", afferma il dott. Butcher. "Se il modello presenta un errore, lo correggiamo, lo riaddestriamo e lo ridistribuiamo, il tutto all'interno della nostra infrastruttura clinica. Questo è il futuro dell'IA nella medicina".
Grazie a questo approccio, la piattaforma si sta espandendo ad altri domini di imaging, tra cui l'oftalmologia. L'annotazione, il riaddestramento e la convalida continui fanno sì che i modelli si evolvano insieme al lavoro clinico del mondo reale.
"Questo ha cambiato la mia carriera. Ha aperto un mondo completamente nuovo per la ricerca e le applicazioni cliniche. Ed è stato incredibilmente soddisfacente vedere come facesse una differenza enorme nella cura dei pazienti. Non stiamo solo creando dei modelli, ma stiamo creando un'infrastruttura che potenzia le capacità dei medici. … In definitiva, il nostro obiettivo è combinare lesioni e volumi segmentati dall'IA con dati clinici aggiuntivi per prevedere la risposta alla terapia e prendere decisioni migliori".
Dott. Ken Butcher,
professore di neurologia presso la UNSW Sydney e direttore medico dell'NSW Telestroke Service
Una rivoluzione guidata dai medici
Il dottor Butcher descrive la collaborazione con NVIDIA e MONAI come rivoluzionaria: "Mi ha cambiato la carriera. Ha aperto un mondo completamente nuovo per la ricerca e le applicazioni cliniche. Ed è stato incredibilmente soddisfacente vedere come facesse una differenza enorme nella cura dei pazienti". Aggiunge: "Non stiamo solo creando dei modelli, ma stiamo creando un'infrastruttura che potenzia le capacità dei medici. Se sei un medico con un'idea, ora puoi realizzarla. In definitiva, il nostro obiettivo è combinare lesioni e volumi segmentati dall'IA con dati clinici aggiuntivi per prevedere la risposta alla terapia e prendere decisioni migliori".
Il Telestroke Service basato sull'IA si pone come modello a dimostrazione di come l'innovazione guidata dai medici, l'IA open source e il calcolo accelerato da GPU possano ridefinire il modo di fornire i servizi sanitari. Con l'aumentano dei casi di ictus, il lavoro pionieristico della UNSW rappresenta un modello per cure più veloci, intelligenti ed eque, che forniscono le decisioni cliniche giuste, in tempo reale, ovunque siano i pazienti.
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