AI in Thoracic Ultrasound - a summary transcript of a  presentation at the Romanian Society of Pneumology, Sinaia, Nov 14, 2024.

Tudor Toma

Ladies and gentlemen, esteemed professor, thank you sincerely for the invitation to speak today. Your kind acknowledgements of our contributions are greatly appreciated. The pleural pathology group within our society has indeed shown significant educational impact, and the full attendance today underscores the growing interest in thoracic ultrasound and pleural pathology.

Today, I will address the topic of artificial intelligence (AI) in thoracic ultrasound. I ask for your patience as we embark on a journey to deconstruct some of the myths surrounding AI. What role can the AI technologies available today play in diagnosing patients using thoracic ultrasound? Let us begin by clarifying what AI truly means, as since its inception, everyone seems to talk about AI, yet a clear definition seems elusive.

The common misconception is that AI is a "magic box" that outputs answers; however, the reality is far from magical. AI has been in use for a long time under various guises. For instance, when you use Spotify on your phone to select a playlist, or when YouTube suggests videos, you are interacting with AI. Similarly, algorithms used in hospitals to interpret ECGs are forms of AI, utilizing processes and data analysis that predate the recent hype.

AI, in a broader sense, includes complex algorithms and neural networks where information flows through various nodes to produce results. The advent of generative AI models like GPT (Generative Pre-trained Transformer) has introduced a new layer of complexity. These models operate on vast datasets to predict word sequences, enhancing our ability to generate natural language responses based on input data.

Why is this important? In clinical settings, whether we use thoracic ultrasound or not, we apply the same principles. We generate content based on learned information, processed through associative mechanisms similar to those used by AI. A well-designed prompt can lead to accurate differential diagnoses by associating words with specific medical conditions and symptoms.

Now, let’s explore narrow AI, which is tailored to specific tasks like interpreting specific ECG patterns. In contrast, general AI systems can engage in broader discussions and analyses, crucial for integrating various medical imaging techniques, such as CT scans and ultrasounds, into a cohesive diagnostic framework.

In practice, narrow AI can help delineate specific imaging characteristics, which is invaluable in training non-experts and ensuring consistency in medical interpretation across varied clinical settings. For instance, in remote or resource-limited areas, AI-supported ultrasound can enhance telemedicine capabilities, enabling practitioners without immediate access to specialists to perform reliable diagnostics.

Furthermore, the potential of AI to reconstruct two-dimensional images into three-dimensional models could revolutionize biopsy procedures by providing clearer, more precise imaging, thus improving diagnostic accuracy.

The broader scope of AI applications in medical settings invites us to consider its role beyond immediate clinical implications. As technology evolves, the prospect of using AI to manage and analyse large sets of medical data becomes increasingly feasible. This capability is not only promising for improving diagnostic procedures but also for personalizing patient care, thereby making medicine more precise and tailored to individual needs.

Furthermore, AI's ability to learn from vast amounts of data can lead to significant advancements in understanding disease patterns and treatment outcomes. For example, by analyzing data from thousands of ultrasound scans, AI can help identify subtle patterns that might be missed by human eyes. This learning process, constantly refined by new data, can lead to earlier and more accurate diagnoses, particularly in complex cases involving rare diseases or atypical presentations.

The integration of AI in medical practice also offers potential solutions to longstanding challenges in healthcare such as resource allocation and patient management. AI systems can help optimize hospital workflows, predict patient admission rates, and manage resources more efficiently, thus alleviating some of the pressures on healthcare systems. This could be particularly transformative in under-resourced settings, where AI could act as a support tool to help clinicians make the most of limited resources.

However, the deployment of AI in healthcare also raises significant ethical questions that need to be addressed. Issues such as data privacy, informed consent, and the potential for AI to perpetuate existing biases in healthcare data are concerns that must be carefully considered. Establishing robust ethical guidelines and ensuring that AI systems are transparent and accountable will be crucial in gaining public trust and ensuring that AI serves the interests of patients and healthcare providers alike.

In conclusion, while AI presents a powerful tool for enhancing healthcare, its successful integration depends on careful consideration of both its potential benefits and challenges. As we move forward, it is essential that healthcare professionals, policymakers, and technologists work together to ensure that AI is implemented in a way that respects patient rights and enhances the quality of care. The journey of integrating AI into medicine is just beginning, and it promises to reshape the landscape of healthcare in ways we are only starting to imagine. Thank you once again for your attention and engagement in this crucial discussion.

Ecografia pulmonară în bolile autoimune sistemice

Ce ar trebui să știm în 2024?

Tudor Toma

Acest text reprezintă transcrierea prezentării susținută la conferința online ”Actualități în boli sistemice” București, 8 noiembrie, 2024.

Scopul meu este să ofer un rezumat asupra acestui subiect, pornind de la activitatea clinică desfășurată în Londra, într-un spital de patologie generală.

Ecografia toracică a evoluat semnificativ deoarece reprezintă o investigație neinvazivă, accesibilă, fără expunere la radiații și relativ ușor de învățat în practica clinică respiratorie. În prezent, utilizăm ecografia toracică tot mai frecvent, nu doar pentru diagnosticul pleureziilor, ci și pentru o gamă variată de alte indicații. În practica de medicină internă, ecografia toracică devine esențială pentru diagnosticarea rapidă la patul pacientului. Aceasta nu se limitează la examinarea toracelui, ci permite o evaluare multiorgan, incluzând inima, abdomenul și vasele periferice, contribuind astfel la clarificarea diagnosticului într-un mod cuprinzător.

Ecografia toracică este o metodă relativ ușor de învățat și pentru medici care nu sunt pneumologi. Tehnica poate fi structurată în trei componente esențiale: prima componentă implică familiarizarea cu ecograful și utilizarea butoanelor esențiale. A doua componentă se referă la achiziția imaginii, respectiv la plasarea corectă a sondei pentru a obține imagini utile. A treia componentă, interpretarea imaginii, are specificul ecografiei toracice, în care analiza artefactelor devine crucială pentru interpretarea corectă și stabilirea unui diagnostic clinic, bazat pe prezența sau absența anumitor semne.

În ceea ce privește echipamentele, s-a observat o creștere a utilizării ecografelor portabile, care au devenit similare unui laptop. Acestea sunt ușor de transportat de la un pacient la altul și beneficiază de presetări care facilitează utilizarea. Totuși, o noutate semnificativă, mai ales după pandemie, o reprezintă ecografele de buzunar, echipate cu tehnologie avansată. Spre exemplu, un model american, produs de Butterfly, utilizează o membrană de silicon cu o matrice de difuzoare în locul cristalului piezoelectric tradițional. Acest tip de ecograf se poate adapta diferitelor tipuri de examinări fără a necesita schimbarea sondelor, fiind configurabil prin software pentru imagini convexe, sectoriale sau liniare.

Avantajul acestor ecografe de buzunar constă și în timpul redus necesar între decizia de a efectua o ecografie și realizarea propriu-zisă a acesteia. În loc să transportăm pacientul într-o sală specializată sau să căutăm un ecograf de tip laptop, ecograful de buzunar poate fi folosit imediat, fapt ce contribuie la creșterea utilizării ecografiei în diverse situații clinice și la îmbunătățirea managementului pacientului.

Achiziția imaginii este deosebit de importantă în bolile sistemice, unde este necesară o examinare sistematică. Spre deosebire de alte patologii unde poate fi suficientă o evaluare focalizată, în bolile autoimune sistemice se recomandă un protocol standardizat de examinare a locurilor selectate. De exemplu, în examinarea unui pacient cu afecțiuni sistemice, protocolul include două regiuni în hemitoracele anterior și trei regiuni în hemitoracele posterior, pentru o evaluare detaliată.

Această abordare detaliată și sistematică a ecografiei toracice facilitează diagnosticarea precisă și sprijină deciziile clinice în gestionarea bolilor autoimune sistemice.

Există variații ale acestor tehnici; de regulă, cu cât protocolul este mai simplu, cu atât mai bine. Cu toate acestea, este esențial ca fiecare serviciu clinic să adopte un protocol standardizat, urmat cu strictețe la fiecare examinare. Acest lucru asigură o interpretare uniformă a imaginilor ecografice, astfel încât medicii să poată înțelege exact ce relevă examinarea și care este semnificația clinică a observațiilor.

În ceea ce privește interpretarea imaginilor în bolile sistemice, unul dintre cele mai importante aspecte este identificarea liniilor B, artefacte care indică densitatea pulmonară. Cu cât numărul liniilor B este mai mare, cu atât densitatea pulmonară este mai ridicată, ceea ce sugerează modificări interstițiale la nivel pulmonar, esențiale în contextul afecțiunilor sistemice. De asemenea, linia pleurală joacă un rol major în diagnosticare: o linie pleurală subțire, însoțită de multiple linii B, este specifică congestiei pulmonare de tip vascular, în timp ce o linie pleurală îngroșată, însoțită de noduli subpleurali și consolidări, este caracteristică fibroză pulmonară. Aceste distincții sunt esențiale pentru detectarea precoce a afecțiunilor interstițiale pulmonare asociate bolilor sistemice.

Rolurile principale ale ecografiei toracice în bolile autoimune sunt actualmente recunoscute în două direcții majore. În primul rând, se utilizează pentru screening-ul precoce, permițând detectarea timpurie a modificărilor pulmonare asociate afecțiunilor sistemice, cu implicații atât pentru tratament, cât și pentru prognostic. Înțelegem tot mai bine importanța acestor modificări precoce, inclusiv detectarea lichidului pleural în cantități mici, care ar fi dificil de observat altfel. Screening-ul precoce prin ecografie toracică completează astfel diagnosticul în bolile sistemice.

Un al doilea rol semnificativ îl reprezintă monitorizarea dinamică a pacienților. Chiar dacă la diagnostic aceștia nu prezintă modificări pulmonare, evoluția simptomelor impune o monitorizare constantă. Ecografia toracică este un instrument ideal în acest sens, datorită absenței radiațiilor, costurilor reduse și ușurinței de utilizare. Aceste avantaje fac ecografia toracică tot mai utilă în urmărirea pacienților cu afecțiuni sistemice.

Pentru a ilustra această importanță, un articol recent discută despre aspectele clinice ale afecțiunilor pulmonare în contextul artritei reumatoide. Se observă că mulți pacienți considerați anterior fără afectare pulmonară prezintă modificări subtile detectabile printr-un screening ecografic adecvat. Aceste descoperiri au un impact semnificativ asupra tratamentului și monitorizării acestor pacienți.

S-a demonstrat eficacitatea ecografiei toracice și printr-un studiu comparativ cu standardul de aur al imagisticii pentru bolile interstițiale pulmonare – tomografia computerizată de înaltă rezoluție. Ecografia toracică a arătat o sensibilitate și o specificitate foarte bune pentru detectarea modificărilor interstițiale, confirmându-și astfel valoarea diagnostică.

Un alt aspect esențial în evaluarea patologiilor sistemice este funcționarea diafragmului, având în vedere restricțiile care pot apărea din cauza bolilor autoimune. Ecografia toracică permite atât evaluarea structurală, cât și funcțională a diafragmului. Aceasta se poate realiza cu ușurință prin plasarea corectă a sondei și interpretarea corectă a imaginilor achiziționate. Modificările în mișcarea diafragmului și îngroșarea acestuia la finalul inspirației pot ajuta la identificarea tulburărilor de funcție și structură diafragmatică asociate afecțiunilor sistemice.

Prin aceste aplicații, ecografia toracică devine un instrument valoros în detectarea, monitorizarea și managementul complex al pacienților cu boli autoimune sistemice.

Aici avem un slide care arată modificările ce pot fi detectate și cum ecografia toracică poate contribui. Observați că ecografia toracică ajută în diagnosticarea afecțiunilor inflamatorii, afecțiunilor interstițiale difuze, hemoragiilor interstițiale, pneumotoraxului, infecțiilor pulmonare, și modificărilor diafragmului. Acest slide reprezintă un sumar al numeroaselor utilizări ale ecografiei toracice în diagnosticarea și monitorizarea pacienților.

În contextul zonelor cu resurse limitate, ecografia toracică oferă avantaje clare. În multe spitale din România, accesul la un computer tomograf este limitat. Utilizarea ecografiei toracice în medicina internă și reumatologie poate ajuta în aceste spitale la clarificarea diagnosticului. Totuși, este nevoie de formarea personalului și de dobândirea unei expertize adecvate. Lipsa pregătirii poate scădea eficiența ecografiei, iar experiențele internaționale arată că, fără instruire adecvată, această tehnică poate fi subapreciată. Training-ul și transmiterea acestei expertize, deși nu complicate, sunt esențiale. 

Limitările legate de disponibilitatea echipamentelor persistă. Totuși, echipamentele pentru ecografie devin tot mai accesibile și pot proveni din alte domenii medicale, precum medicina internă sau gastroenterologia. Un alt aspect important îl constituie mentalitatea. Utilizarea ecografiei toracice trebuie integrată într-un protocol clinic, dar această schimbare este uneori împiedicată de reticența la nou, atât din partea medicilor, cât și a administratorilor.

Împreună cu colegii din Londra, organizăm cursuri de formare pentru ecografia toracică în România. Avem aici un cod QR care direcționează către un manual în limba română, publicat de Editura Medicală, disponibil și electronic. De asemenea, oferim cursuri de ecografie toracică și multiorgan la Iași, următoarea ediție fiind programată pentru martie-aprilie, la care vă invităm să participați.

https://www.ebookuri.ro/carte/carti-de-specialitate/ecografia-clinica-a-toracelui-manual-pentru-pneumologi-cardiologi-internisti-intensivisti/

Limitările generale ale ecografiei toracice includ standardizarea internațională. Numărul liniilor B considerate patologice variază în funcție de aparatul utilizat și de modul de achiziție a imaginii, ceea ce creează o variație în interpretare. Nu este încă clar dacă există elemente suplimentare de diferențiere între linii B în diverse patologii, precum infecțiile sau afecțiunile interstițiale. În interpretarea liniilor B, contextul clinic și alte aspecte, cum ar fi îngroșarea pleurală sau fragmentarea liniei pleurale, sunt cruciale.

Dezvoltările viitoare includ utilizarea inteligenței artificiale pentru a număra automat liniile B și a furniza sugestii de diagnostic diferențial. 

Un alt obiectiv este generarea de imagini tridimensionale din ecografii bidimensionale, ceea ce ar îmbunătăți și mai mult interpretarea clinică.

În concluzie, ecografia toracică este un instrument valoros pentru diagnostic și clarificare diagnostică, superior radiografiei toracice. Este o metodă ușor de învățat, necesită un curs specializat, iar aceste cursuri sunt acum disponibile. În România, chiar și spitalele care nu sunt centre terțiare pot folosi această tehnologie pentru a îmbunătăți diagnosticul și tratamentul pacienților.