El CERN entrena modelos de IA para revolucionar el tratamiento del c¨¢ncer

Las innovaciones basadas en inteligencia artificial que el CERN desarroll¨® inicialmente para mejorar el mantenimiento de su acelerador de part¨ªculas tienen aplicaciones revolucionarias en el campo de la salud. Reducir el tama?o de las m¨¢quinas de radioterapia y optimizarlas para facilitar su uso ¡ªespecialmente en pa¨ªses con menos recursos¡ª, dise?ar un programa inteligente de prevenci¨®n del c¨¢ncer de mama o mejorar el seguimiento de los pacientes con ictus son algunos de los proyectos prometedores en los que trabaja el laboratorio europeo de investigaci¨®n nuclear, en colaboraci¨®n con hospitales europeos entre los que se encuentra el Vall d¡¯Hebr¨®n de Barcelona.

El CERN ofrece a los hospitales su experiencia en gestionar enormes cantidades de datos de forma segura y descentralizada, clave para garantizar la privacidad y seguridad de la informaci¨®n privada de los pacientes que se utiliza para alimentar al algoritmo. Esta instituci¨®n, cuyo campo principal es la f¨ªsica de part¨ªculas, trabaja sus datos con un sistema que evita la transferencia de la informaci¨®n al almacenamiento central, realizando el procesamiento localmente para garantizar la privacidad y optimizar los recursos cuando distintos hospitales creen de forma colaborativa modelos fiables de an¨¢lisis y predicci¨®n de enfermedades basados en la IA.

¡°Es un nuevo paradigma. Antes hab¨ªa una gran cantidad de datos que se centralizaban y se almacenaban. Ahora hacemos el procesamiento en el lugar donde se adquieren los datos, por ejemplo un hospital. Si garantizamos la privacidad, la protecci¨®n de datos y la solidez del modelo, tenemos algo que es de gran inter¨¦s para las aplicaciones m¨¦dicas¡±, explica el cient¨ªfico del CERN, Luigi Serio durante una visita a las instalaciones del laboratorio organizada por la Uni¨®n Internacional para el Control del C¨¢ncer (UICC) con motivo de la celebraci¨®n en Ginebra (Suiza) del Congreso Mundial del C¨¢ncer.

Luigi Serio, responsable de los desarrollos de inteligencia artificial aplicados al campo de la salud, admite que el laboratorio que descubri¨® la antimateria ¡ªo donde naci¨® la web¡ª no es el ¨²nico que utiliza este modelo de procesamiento de informaci¨®n: ¡°Pero ofrecemos la robustez, las competencias del CERN y el hecho de que podemos proporcionar el servicio garantizado por el buen nombre y sin fines de lucro como organizaci¨®n desinteresada que somos¡±, aclara Serio.

As¨ª ayuda la AI a mejorar el seguimiento de un ictus

Una de las aplicaciones basada en ese sistema es Truckstroke, que ya permite mejorar el tratamiento de los ictus con inteligencia artificial en unos 10.000 pacientes de hospitales de Alemania y B¨¦lgica y de la Unidad de Ictus del Vall d¡¯Hebr¨®n de Barcelona.

Al comparar las im¨¢genes del cerebro del paciente afectado por un ictus con los modelos entrenados por el CERN en el denominado ¡°Truststroke Project¡±, el algoritmo predice c¨®mo podr¨ªa evolucionar el enfermo, qu¨¦ terapia se le debe administrar y el seguimiento que requiere. Y lo que es m¨¢s importante: la herramienta pronostica el riesgo de recurrencia.

Cada a?o 1,1 millones de personas en Europa sufren un ictus, medio mill¨®n muere y adem¨¢s hay casi 10 millones de supervivientes a los que los m¨¦dicos tienen que atender a largo plazo. ¡°Los profesionales est¨¢n desbordados por los pacientes con ictus y necesitan herramientas cada vez m¨¢s nuevas para apoyar su trabajo¡±, aclara Luigi Serio.

Los hospitales tienen todos los datos configurados localmente, pero al intercambiar los par¨¢metros con el servidor principal consiguen unos modelos de predicci¨®n capaces de medir la gravedad del ictus. ¡°El m¨¦dico puede utilizar estos modelos para decidir qu¨¦ tipo de terapia debe administrar al paciente. Conoce tambi¨¦n el desenlace probable y el seguimiento que se requiere, cu¨¢nto tiempo debe permanecer en el hospital, cu¨¢ndo puede recibir el alta, etc¨¦tera¡±, explica el investigador.

El algoritmo sabe qui¨¦n se deber¨ªa someter a una mamograf¨ªa

El CERN prev¨¦ tener finalizado el a?o que viene un programa de detecci¨®n del c¨¢ncer que promete ser un 50% m¨¢s preciso que el modelo de cribado utilizado actualmente, el GAIL. Adem¨¢s de los factores de edad y los antecedentes cl¨ªnicos, el modelo del CERN determinar¨¢ los riesgos de tener un c¨¢ncer de mama combinando entre s¨ª m¨²ltiples factores, por ejemplo el consumo de ciertos alimentos o de alcohol, el estilo de vida y la actividad f¨ªsica, la edad de la mujer en su primer embarazo o la menopausia, entre otros par¨¢metros.

El sistema actual de detecci¨®n no tiene un enfoque basado en todos los factores de riesgo. ¡°La idea es tener una herramienta que pueda analizar varios factores m¨¢s all¨¢ de los que se tienen en cuenta actualmente para decidir si se debe hacer una mamograf¨ªa antes, incluso si se puede retrasar y por qu¨¦ razones¡±, explica Luigi Serio.

Los datos para entrenar a la herramienta proceden de EPIC (Estudio Prospectivo Europeo sobre Dieta, C¨¢ncer y Salud), que contiene informaci¨®n recopilada durante m¨¢s de 20 a?os. Una vez termine de definirse el modelo el pr¨®ximo a?o, habr¨¢ que probarlo y regularlo, as¨ª que a¨²n faltan pasos para que el prometedor sistema de cribado del c¨¢ncer de mama sustituya al protocolo actual.

El CERN quiere mejorar con inteligencia artificial los aceleradores lineales de radioterapia (LINAC) para simplificar su uso y adaptarlo a los entornos de pa¨ªses de ingresos bajos y medios, donde es dif¨ªcil acceder a una m¨¢quina no solo por su elevado coste sino tambi¨¦n porque faltan personas que sepan utilizarlas. ¡°Las m¨¢quinas son dif¨ªciles de adquirir, instalar, operar y mantener¡±, explica Luigi Serio. El uso de la inteligencia artificial en este campo podr¨ªa proporcionar una calidad de atenci¨®n eficiente porque, explica, se podr¨¢ utilizar la m¨¢quina y hacer el diagn¨®stico incluso si no hay un experto.

Con un nuevo software basado en la IA, se podr¨¢n predecir los fallos, agilizar el mantenimiento y tambi¨¦n guiar a quienes usan las m¨¢quinas, adem¨¢s de reducir el tiempo de inactividad de las instalaciones de radioterapia, que ahora en ocasiones est¨¢n en desuso por la falta del personal que las sabe utilizar. Este modelo podr¨ªa incluso abrir la puerta a que se automatice la planificaci¨®n del tratamiento.

El proyecto, denominado STELLA, est¨¢ inicialmente pensado para mejorar el tratamiento de radioterapia en algunos pa¨ªses de ?frica, donde hay un dispositivo de radioterapia por cada 3,5 millones de personas, en comparaci¨®n con los uno por cada 80.000 a 100.000 personas que hay en EE UU y la mayor¨ªa de los pa¨ªses europeos.

Predecir la evoluci¨®n de tumores o alzh¨¦imer

Una aplicaci¨®n m¨¦dica desarrollada por el CERN es capaz de determinar los defectos, anomal¨ªas o patolog¨ªas que tiene el cerebro e indicar a los m¨¦dicos en qu¨¦ punto exacto podr¨ªa estar desarroll¨¢ndose una patolog¨ªa, por ejemplo un tumor, gracias a un sistema complejo basado en el que esta instituci¨®n cre¨® para prevenir fallos en el funcionamiento del acelerador de part¨ªculas.

¡°Curiosamente, el cerebro es un sistema complejo que se puede modelar como un gr¨¢fico. Tienes neuronas en diferentes partes del cerebro que est¨¢n conectadas entre s¨ª, y se puede establecer una matriz de nodos y vectores que conectan las diferentes partes¡±, explica el investigador del CERN. Al procesar las im¨¢genes del cerebro obtenidas mediante una resonancia magn¨¦tica, el algoritmo es capaz de detectar con una cierta precisi¨®n d¨®nde podr¨ªa haber una patolog¨ªa.

¡°El algoritmo extraer¨ªa la imagen diciendo que hay alguna irregularidad, e incluso puede realmente predecir d¨®nde est¨¢ la anomal¨ªa y hacia d¨®nde se propaga¡±, explica. Esta tecnolog¨ªa se est¨¢ probando cl¨ªnicamente en el Hospital Universitario de Kapodistrian (Grecia). Por el momento, explica Luigi Serio, se han utilizado para la segmentaci¨®n de tumores o ictus, pero el CERN planea utilizar este sistema para monitorizar la evoluci¨®n del alzh¨¦imer o de la demencia.