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Polmonite, uno stetoscopio smart per diagnosi accurate

Uno stetoscopio armato di Intelligenza Artificiale. Uno strumento medico antico che incontra la tecnologia moderna per diventare molto più preciso nella diagnosi della polmonite. L'obiettivo è portarlo principalmente nei Paesi in cui i medici operano in condizioni non sempre adeguate, in contesti caotici che rendono difficile l'auscultazione, ovvero ascoltare i rumori degli organi interni (in questo caso i polmoni) con lo stetoscopio. Lo strumento sfrutta dei sensori digitali per catturare i suoni ed è dotato di un microprocessore in grado di analizzare con precisione i suoni rilevati e di eliminare i rumori estranei. Il progetto è frutto del lavoro di diversi ricercatori, tra cui medici e ingegneri, della Johns Hopkins University di Baltimora (Stati Uniti). Tre prototipi sono in uso in Perù, Bangladesh e Malawi mentre lo strumento dovrebbe essere immesso nel mercato nei primi mesi del 2019.

Un milione di vittime negli under 5

Lo stetoscopio, inventato agli inizi del 1800, viene utilizzato per ascoltare i rumori emessi dall'organismo, quelli fisiologici e quelli correlati invece alla presenza di una patologia. Viene utilizzato anche per la diagnosi di polmonite, una malattia infettiva che colpisce i polmoni. Gli alveoli, le cavità di questi organi, invece di riempirsi di aria si riempiono di fluidi. Questa patologia è la principale causa di decesso nel mondo nei bambini con meno di cinque anni d'età: poco meno di un milione è il numero di vittime in questa fascia d'età (dati Oms riferiti al 2015). Le aree in cui la patologia è più letale sono le regioni dell'Africa sub-Sahariana.

Qui il personale medico non sempre riesce a lavorare in ambienti idonei. Lo stetoscopio, per poter fornire informazioni utili alla diagnosi di polmonite, deve poter essere usato in luoghi silenziosi per permettere a chi lo maneggia di ascoltare al meglio i suoi emessi dai polmoni. Oltre a questo limite, ce n'è uno associato alla funzione dello strumento: ci vogliono tempo ed esperienza per imparare a riconoscere i suoni ascoltati con lo stetoscopio e, pertanto, molti medici preferiscono ricorrere anche ad altri strumenti diagnostici come le radiografie toraciche. L'idea dei ricercatori dell'università statunitense nasce proprio dalla volontà di superare questi limiti ma comunque di sfruttare uno strumento ampiamente in uso nella pratica clinica.

Un filtro per i rumori esterni

Il progetto di ricerca prende le mosse da uno strumento utilizzato in una operazione del 2008, uno stetoscopio dotato di piccoli registratori digitali fornito da ricercatori dell'ateneo di Baltimora al personale sanitario di alcune aree dell'Africa, dell'Asia e dell'America latina. I suoni dei polmoni dei bambini rilevati dallo stetoscopio venivano trasmessi all'università dove altri medici fornivano dei pareri. L'operazione era ostacolata però dalla difficoltà ad auscultare i piccoli pazienti in luoghi rumorosi, dall'incapacità degli operatori di cogliere i punti più sensibili su cui poggiare la “campana” dello stetoscopio e dai problemi di accesso a Internet.

Lo strumento su cui ha lavorato il team di ricerca è uno stetoscopio elettronico. Nella parte che si poggia sul petto si trova un particolare trasduttore (un dispositivo che trasforma le onde acustiche in segnali elettronici) molto sensibile, in grado addirittura di inviare segnali anche quando la “campana” non è posizionata nel punto giusto (una possibilità che dà un maggior vantaggio a chi ancora non è del tutto pratico con lo strumento). Nello stetoscopio è incorporato un microprocessore che serve da sistema operativo.

Gli scienziati si sono concentrati su due applicazioni. Una app serve a eliminare i rumori estranei, quelli esterni, ambientali e i suoni indesiderati provenienti direttamente dall'organismo, come il battito cardiaco. Una sorta di software-filtro per ottimizzare l'integrità del segnale che arriva invece dai polmoni. La seconda applicazone, invece, si focalizza sul suono del respiro, distinguendo quello normale da quello anomalo, il respiro affannoso o con i crepitii che possono indicare l'infiammazione e la presenza di liquidi nei polmoni. L'algoritmo è stato definito grazie a una tecnica di apprendimento automatico sfruttando un archivio di suoni di circa 1500 pazienti provenienti da cinque Paesi africani e due asiatici.

L'approccio seguito dai ricercatori si è ispirato all'attività del cervello che riconosce i segnali audio in generale e che analizza le caratteristiche specifiche del suono stesso. Questo fa lo stetoscopio smart: analizza il suono dei polmoni filtrato dai rumori (accogliendo così l'intero segnale) guardando alle specifiche modulazioni che indicano un caso di polmonite. Le informazioni sono visibili su uno schermo collegato allo strumento. I test eseguiti hanno permesso di distinguere dei soggetti sani dai soggetti con malattia respiratoria con un'accuratezza dell'87%, più di altri metodi diagnostici.

 

Foto: Johns Hopkins University

di Vito Miraglia
Pubblicato il 14/02/2019

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