Los dispositivos de ultrasonido son comunes en los botiquines médicos orbitales modernos y ayudan a facilitar el diagnóstico rápido de dolencias o cambios corporales de los astronautas. Sin embargo, se necesita orientación en tiempo real por parte de expertos sobre el terreno para adquirir imágenes de ultrasonido médicamente útiles. Una vez que los astronautas viajen a la Luna o se adentren más en el sistema solar, dicha orientación ya no será práctica debido al retraso que implica. Un nuevo proyecto liderado por la ESA tiene como objetivo aprovechar la IA y el aprendizaje automático para que los astronautas puedan realizar por sí mismos exámenes de ultrasonido con una calidad cercana a la de los expertos.
"El éxito de la exploración tripulada depende de la salud y la seguridad de nuestros astronautas", explica el ingeniero biomédico de la ESA, Arnaud Runge, que supervisa el proyecto. "A medida que las misiones se adentran más en el espacio, esto se vuelve más difícil de garantizar porque el número y las habilidades de los miembros de la tripulación serán limitados. Por lo tanto, necesitamos asistencia tecnológica para que las futuras tripulaciones dependan cada vez menos de la experiencia terrestre".
Vivir en un volumen limitado en ausencia sostenida de gravedad mientras se está expuesto a altos niveles de radiación puede afectar muchos órganos críticos, además de provocar trastornos del equilibrio, cambios de líquidos, alteraciones en el funcionamiento visual, falta de condición cardiovascular, disminución de la función inmune y atrofia muscular. y pérdida ósea. Además, futuras misiones planetarias podrían provocar lesiones durante las operaciones en superficie.
La buena noticia es que la mayoría de estas afecciones se pueden controlar mediante imágenes de ultrasonido, basándose en ecos de sonidos más allá del alcance auditivo de nuestros oídos para abrir ventanas a los tejidos blandos del cuerpo humano. La mala noticia es que se necesitan años de capacitación para que alguien sea competente en la realización de un examen de ultrasonido.
"La ecografía ya se ha convertido en una herramienta de diagnóstico esencial para las tripulaciones de la Estación Espacial Internacional", comenta Carlos Illana de GMV en España, la empresa que lidera el consorcio del proyecto para la ESA. "Pero en la práctica actual en la ISS, el astronauta que aplica el dispositivo de ultrasonido a su compañero de tripulación recibe guía en tiempo real de un operador de ultrasonido experimentado en tierra o realiza las investigaciones basándose en el entrenamiento limitado recibido antes de la misión. ."
Arnaud añade:"Para superar este desafío, la ESA ha trabajado anteriormente en el concepto de teleultrasonido robotizado, en el que un radiólogo experto en la Tierra piloteaba de forma remota la sonda de ultrasonido a bordo de la ISS. Sin embargo, aunque resulta interesante para su utilización también en la ISS En cuanto a las aplicaciones terrestres, este enfoque también tiene limitaciones:de hecho, una vez que las misiones tripuladas se extiendan más allá de la órbita terrestre hacia el espacio profundo, dicha orientación ya no será factible, porque la mayor distancia de la Tierra da lugar a un mayor retraso en las comunicaciones, mientras que el ancho de banda también estará restringido."
Por tanto, se necesitan soluciones que proporcionen a la tripulación más autonomía. En respuesta, el sistema autónomo de mejora de imágenes por ultrasonido de la ESA, ALISSE, ofrece a los astronautas la capacidad de capturar en el lugar imágenes de ultrasonido con calidad diagnóstica como si fueran radiólogos expertos, gracias a la asistencia de la IA y el aprendizaje automático.
En colaboración con el proyecto, el Grupo de Física Nuclear de la Universidad Complutense de Madrid ideó nuevas técnicas de simulación ecográfica y síntesis de imágenes mientras que el Servicio de Urgencias y Urgencias de Radiología del Hospital La Paz de Madrid proporcionó orientación en exploraciones ecográficas y patologías, así como la prestación y etiquetado de cientos de miles de ecografías anónimas, utilizadas para entrenar la red neuronal de aprendizaje profundo que subyace al sistema ALISSE.
Arnaud añade:"La Paz es el hospital más grande de España y realiza más de medio millón de ecografías al año sólo en el Servicio de Urgencias, utilizando más de 40 modelos de dispositivos diferentes. Utilizamos un mecanismo de aprendizaje activo para filtrar imágenes no interesantes". , dejando menos del 2% que el Servicio de Radiología seleccionó y etiquetó para que nuestro Subsistema de Capacitación en Red Neural reciba capacitación."
Esto equivale a una enorme cantidad de imágenes seleccionadas de más de 50.000 pacientes por órgano, incluidos muchos ejemplos de casos "patológicos" (o enfermos). Para el prototipo inicial de ALISSE, el consorcio exploró los riñones y la vejiga, órganos abdominales muy representativos y difíciles de escanear, relacionados con enfermedades comunes de los astronautas, como la formación de cálculos y la retención urinaria.
David Mirault de GMV dice:"A medida que desarrollábamos el sistema, los cirujanos de vuelo de la ESA nos dieron información y orientación esenciales. Nuestro objetivo era hacer que la interfaz de usuario fuera lo más intuitiva posible, por lo que hicimos que un grupo de estudiantes de física sin ninguna formación probaran su uso". Las imágenes de ultrasonido son ruidosas, borrosas y contienen muchos artefactos como sombras y ruidos moteados, y el cuerpo de cada persona es diferente, por lo que los profesionales médicos necesitan años de cursos y capacitación específicos para aprender esta técnica de diagnóstico para un solo órgano. un principiante sin capacitación que realice un examen de ultrasonido exitoso son esencialmente cero."
Sin embargo, los usuarios de ALISSE reciben orientación detallada sobre en qué parte del cuerpo colocar la sonda de ultrasonido, se les proporcionan imágenes de ejemplo del órgano objetivo y se les da el porcentaje de probabilidad de que el objeto a la vista sea el objetivo correcto. El sistema también es capaz de diferenciar entre el "modo de detección de plano" de largo recorrido clínicamente valioso para un órgano versus una vista lateral "transversal" menos útil.
Jon Scott, que apoya el proyecto en el Centro Europeo de Astronautas, comenta:"Los resultados finales son muy alentadores; 9 de cada 10 de las imágenes de los estudiantes asistidos por ALISSE eran planos de ultrasonido estándar de riñones y vejiga clínicamente aceptables, acercándose al rendimiento de un radiólogo capacitado. Y como beneficio adicional, ALISSE también puede trabajar con múltiples dispositivos de ultrasonido, maximizando su flexibilidad y reduciendo las barreras para su implementación.
"El resultado es un sistema que permite a los astronautas asumir una mayor responsabilidad por su propia atención médica, una característica esencial para el futuro de la medicina espacial, y también debería democratizar el uso de imágenes por ultrasonido en la Tierra. Con el desarrollo continuo de esta tecnología, "Podemos esperar un momento en el que los particionadores médicos de primera línea puedan emplear dispositivos de ultrasonido guiados por IA con tanta eficacia como recolectan muestras de sangre hoy".
El proyecto ALISSE contó con el apoyo del Elemento de Desarrollo Tecnológico de la ESA, que fomenta nuevas tecnologías prometedoras para el espacio. Como próximo paso, el consorcio planea aumentar el soporte del sistema a otros órganos y mejorar las instrucciones de orientación para que ALISSE sea aún más intuitiva. La ESA también está interesada en que el sistema ALISSE funcione en una tableta conectada a una sonda de ultrasonido.
Proporcionado por la Agencia Espacial Europea
