El sistema desarrollado en la Universidad de Elche y el CSIC usa simulaciones computacionales para agilizar la prueba sin necesidad de muchos datos.
Dos investigadores del Instituto de Neurociencias, centro mixto de la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH) y del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), han desarrollado una nueva estrategia basada en Inteligencia Artificial y simulaciones computacionales con el que se reduce un 90% el tiempo necesario para las resonancias magnéticas.
El método, publicado en la revista Communications Medicine, permite obtener información detallada del cerebro de forma mucho más rápida con menos datos de los habituales y manteniendo un alto nivel de precisión, lo que abre la puerta a una neuroimagen más eficiente y accesible en el entorno clínico, tal como han destacado desde la UMH.
Este estudio propone un cambio de enfoque en el uso de la IA aplicada a la neuroimagen. En lugar de entrenar los modelos con datos reales de pacientes, como es habitual en muchas aplicaciones actuales, el equipo ha utilizado un modelo basado en la física del proceso de difusión en el tejido cerebral para generar las simulaciones.
A partir de estos datos, se entrenan redes neuronales para ajustar parámetros del modelo que actúan como biomarcadores del estado del tejido utilizando un número muy reducido de imágenes de resonancia magnética.
«Reducir el tiempo de adquisición necesario permite incorporar técnicas de resonancia mucho más avanzadas, lo que se traduce en una mayor cantidad de información clínica disponible para el personal médico», explica la investigadora Silvia De Santis, que lidera el laboratorio Biomarcadores de Imaging Traslacional ubicado en el campus de Sant Joan d’Alacant de la UMH.
Este enfoque también reduce los sesgos asociados a los conjuntos de datos clínicos tradicionales. «El uso de simulaciones nos permite generar tantos datos como necesitemos, sin depender de la disponibilidad de pacientes y evitando problemas de privacidad», añade el investigador Maximilian Eggl, que lidera la línea de investigación Biomarcadores de la estructura y función cerebral inspirados en IA en el Instituto de Neurociencias.
La metodología se apoya en técnicas avanzadas de resonancia magnética, como la imagen de resonancia magnética ponderada por difusión (diffusion-weighted MRI), que permite estudiar de forma no invasiva el movimiento del agua en el tejido cerebral y, con ello, obtener información sobre su microestructura. A partir de estas señales, la Inteligencia Artificial reconstruye detalles del tejido cerebral de manera muy eficiente.
Uno de los resultados más relevantes del trabajo es la reducción drástica del número de mediciones necesarias. «Hemos visto que nuestra red, entrenada completamente con simulaciones, es capaz de obtener una muy alta precisión utilizando solo un 10% de los datos», señala Eggl. «Esto puede tener un impacto directo en la clínica, especialmente en hospitales con listas de espera muy largas», resalta este investigador.
De hecho, en la práctica, este avance podría traducirse en una reducción significativa del tiempo de escaneo: «Imagínate pasar de 40 minutos a unos ocho aproximadamente para obtener la misma información; este procedimiento permitiría aumentar el número de pacientes atendidos en el mismo tiempo y hacer el sistema mucho más eficiente», coinciden ambos científicos.
El enfoque también abre nuevas posibilidades en el estudio de enfermedades neurodegenerativas como el Alzhéimer, que presentan una fase preclínica muy prolongada, de hasta dos décadas, en la que no aparecen síntomas visibles.
«El diagnóstico clínico de las patologías degenerativas sigue basándose en técnicas desarrolladas hace más de 30 años, mientras que la incorporación de avances generados en laboratorio continúa siendo un gran desafío«, señala De Santis. En consecuencia y a partir del método, »este nuevo enfoque permitiría obtener información más detallada y, con ello, mejorar el diagnóstico de estas enfermedades».
Permite reanalizar pruebas realizadas hace décadas
Además, el sistema permite reanalizar datos de resonancia magnética adquiridos hace décadas, que hasta ahora habían quedado limitados por las tecnologías disponibles en su momento. Gracias a la nueva aproximación basada en simulaciones, estos datos pueden reinterpretarse para extraer nueva información relevante sobre enfermedades neurológicas.
Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Fundación «laCaixa»; la Agencia Estatal de Investigación – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia; la subvención de la Generalitat Valenciana para la contratación de investigadoras e investigadores doctores de excelencia (CIDEGENT 2021); y el Pasqual Maragall Researchers Programme (PMRP) de la Fundación Pasqual Maragall.