Intelligenza artificiale per la tecnologia medica

Fantasma del vaso stampato con filo guida inserito per un catetere. (Fonte: Fraunhofer IPA; Foto: Vanessa Stachel)

Struttura per l'addestramento e la validazione di un'IA per la navigazione autonoma di un filo guida. (Fonte: Fraunhofer IPA; Foto: Vanessa Stachel)

Le aziende di medtech di medie dimensioni in Baden-Württemberg dovranno presto utilizzare metodi di Intelligenza Artificiale (IA) per lo sviluppo o il rilancio dei loro prodotti. Le competenze necessarie sono fornite dal gruppo di progetto per l'automazione in medicina e biotecnologia PAMB dell'Istituto Fraunhofer IPA e dalla medicina universitaria di Mannheim nel centro di applicazione per le macchine intelligenti in tecnologia medica (ANIMMED). Nell'ambito del Forum del polo sanitario Baden-Württemberg, lo Stato supporta ANIMMED e altri sette progetti con un totale di 13,9 milioni di euro.

Con metodi di Intelligenza Artificiale (IA o AI – Artificial Intelligence) le macchine possono analizzare, decidere o controllare automaticamente in situazioni complesse. Queste caratteristiche rendono i sistemi IA particolarmente rilevanti per l'uso in medicina: metodi intelligenti consentono già oggi nella pratica l'analisi di grandi quantità di dati nella diagnostica, che un essere umano non può più gestire.

Anche i dispositivi medici possono essere automatizzati attraverso l'uso di metodi intelligenti. In questo modo, i dispositivi possono rendere le applicazioni cliniche molto più efficienti e supportare i medici in modo più efficace. Tuttavia, senza l'uso dell'IA, oggi sembra difficile automatizzare i dispositivi medici nella maggior parte delle applicazioni cliniche. La ragione risiede nella naturale varietà dell'organismo umano, nella sua vulnerabilità e nella complessa biologia del corpo umano. L'uomo domina questa complessità e variabilità. Prende decisioni parziali e regola elementi nel processo medico, ma le sue risorse possono essere notevolmente ampliate con l'aiuto di macchine intelligenti. L'automazione tramite sistemi IA è quindi oggi considerata una chiave tecnologica per una futura medicina di precisione efficiente.

Nonostante queste aspettative, al di fuori di pochi settori diagnostici, come radiologia e dermatologia, ci sono solo applicazioni IA isolate e limitate prima del loro impiego clinico. Le possibilità dell'IA per il controllo di dispositivi e strumenti medico-tecnici rimangono ancora in gran parte inesplorate nella pratica clinica.

Tuttavia, le condizioni per l'implementazione di soluzioni IA in tecnologia medica sono già state create. Librerie di software IA e algoritmi, una capacità di memoria sufficiente e la potenza di calcolo necessaria sono già disponibili. A ciò si aggiungono tecnologie di misurazione ad alte prestazioni e computer a prezzi accessibili, insieme a nuovi materiali, concetti di propulsione e anche nuovi approcci clinici, in modo che macchine intelligenti sotto forma di dispositivi o strumenti possano essere realizzate per la medicina.

Vantaggi dell'IA in tecnologia medica

Vari progetti del gruppo di progetto di Mannheim hanno dimostrato che l'IA è una tecnologia chiave per il controllo intelligente di macchine, ovvero strumenti, dispositivi o sistemi come robot, in ambito clinico. Con l'aiuto dell'IA, in futuro le macchine potranno anche supportare i medici in compiti critici e nel controllo di processi complessi in clinica, assumendo addirittura processi in modo automatico e alleggerendo il personale in modo mirato. In questo modo, sarà possibile ottimizzare i processi di cura, diagnosi e intervento in base alla situazione individuale del paziente, mantenendo al contempo l'efficienza. Ciò consentirà di mantenere accessibile l'assistenza medica nonostante i costi aggiuntivi per le infrastrutture digitali necessarie, anche in futuro.

I dati di addestramento sono decisivi

Uno dei punti chiave dell'applicazione dell'IA per i dispositivi medici è l'accesso ai dati di addestramento. Infatti, i sistemi IA capaci di apprendere per strumenti e dispositivi intelligenti devono essere addestrati con grandi quantità di dati validi. Ciò significa che i dati rappresentano la realtà con una precisione sufficiente e sono verificabili rispetto al risultato calcolato. Specificamente per le applicazioni mediche, tali grandi quantità di dati possono essere ottenute solo nella pratica clinica quotidiana o in scenari e simulazioni estremamente realistici. Questa esigenza spesso rappresenta un ostacolo nello sviluppo di sistemi IA in medicina. Gli sforzi delle aziende diventano troppo elevati. Di conseguenza, si crea un circolo vizioso: poiché mancano applicazioni concrete, la fattibilità e l'utilità delle soluzioni IA non possono essere dimostrate in modo sufficiente attraverso esempi pratici. Di conseguenza, lo sviluppo di applicazioni avanza con difficoltà.

Dimostratori di best-practice e metodi di sviluppo clinicamente orientati

ANIMMED rompe questo circolo vizioso attraverso dimostratori di best-practice e l'offerta di metodi di sviluppo orientati alla clinica: con tre dimostratori di sistemi IA medici, ANIMMED valuta la propria metodologia di sviluppo IA e utilizza i risultati come progetti di riferimento. La stretta rete di partner e la loro ubicazione nel campus della medicina universitaria di Mannheim (UMM) offrono un ecosistema ottimale: i medici e le strutture dell'UMM, il Centro Heinrich-Lanz (HLZ) come specialista nella raccolta di dati da fonti cliniche e il gruppo di progetto Fraunhofer per l'automazione in medicina e biotecnologia PAMB, con la sua esperienza come sviluppatore e gestore di applicazioni IA e del Mannheim Medical Transfer Center M2TC, costituiscono una struttura consolidata e connessa che rappresenta le basi per un'esecuzione rapida ed efficiente dei progetti.

Centro di applicazione per le macchine intelligenti in tecnologia medica (ANIMMED)

La creazione del centro di sviluppo e applicazione all'interno delle strutture esistenti del gruppo di progetto Fraunhofer e dell'HLZ favorisce l'uso dell'IA per la tecnologia medica. Nel sito dell'ospedale universitario di Mannheim, ANIMMED supporta le aziende di tecnologia medica nello sviluppo, nell'addestramento e nell'adattamento di soluzioni IA per dispositivi e strumenti medici intelligenti.

13,9 milioni di euro per il polo sanitario Baden-Württemberg

Oltre al centro di applicazione per le macchine intelligenti in tecnologia medica, il Ministero dell'Economia finanzia altri 7 progetti con un totale di 13,9 milioni di euro. Dopo che il Consiglio dei ministri ha approvato il 21 aprile il finanziamento nell'ambito del Forum del polo sanitario Baden-Württemberg, la ministra dell'Economia del Baden-Württemberg, Dr. Nicole Hoffmeister-Kraut, ha motivato la decisione: «Idee e progetti innovativi sono la chiave per un settore sanitario competitivo nel nostro Paese. Soprattutto in tempi di crisi, è importante continuare a sviluppare e garantire queste competenze per il futuro. Con i primi otto progetti, avanzeremo significativamente queste tecnologie chiave – a beneficio dei pazienti e del polo economico del Baden-Württemberg.»