Cómo funciona la herramienta de IA que puede diagnosticar una enfermedad cardíaca oculta en los niños

La enfermedad cardíaca reumática, que afecta a millones de niños en el mundo, podría ser detectada antes de que se vuelva irreversible por enfermeras capacitadas para el uso de un sistema que se encuentra a consideración de la FDA.

Cuando Kelsey Brown conoció a Mohammed, el joven ugandés de 15 años parecía terriblemente preocupado. Se encontraba en las últimas etapas de una enfermedad cardíaca reumática, que mata a unas 400.000 personas al año en todo el mundo. Su cirugía cardíaca programada para abordar la enfermedad se había pospuesto un día.

En ese momento, el líquido que regresaba del corazón de Mohammed a sus pulmones dificultaba tanto la respiración que tuvo que dormir sentado erguido. Brown, becario de cardiología del Hospital Nacional Infantil de Washington, asumió que estaba ansioso por someterse a la cirugía. Pero Mohammed le dijo que no tenía miedo de afrontar el procedimiento.

“Estaba muy nervioso porque su cirugía sería cancelada y su corazón no sería reparado”, dijo Brown, notando un sorprendente contraste con los niños en los Estados Unidos cuyo miedo comprensible es la cirugía en sí.

Ahora, en un avance que muestra el potencial de la inteligencia artificial para ayudar a la medicina, investigadores de Children’s National han desarrollado una nueva herramienta impulsada por IA para diagnosticar enfermedades cardíacas reumáticas mucho antes de que un paciente necesite cirugía. En colaboración con el personal del Uganda Heart Institute, el equipo diseñó un sistema que permitirá a enfermeras capacitadas examinar y diagnosticar a los niños en una etapa temprana, cuando todavía pueden ser tratados con penicilina por menos de 1 dólar al año. El tratamiento temprano podría evitar que miles de personas tengan que someterse a una cirugía.

“Nos estamos centrando en un problema de salud global dramáticamente descuidado que causa [muertes y enfermedades] importantes”, dijo Craig A. Sable, jefe del programa de salud global de Children’s National y uno de los autores de un artículo que describe la herramienta de IA en el Revista de la Asociación Estadounidense del Corazón.

Sable, que ha realizado más de 40 viajes a Uganda para cuidar niños, dijo que en su viaje más reciente en noviembre realizó ocho o nueve cirugías cardíacas por semana, pero observó que había 1.500 niños en una lista de espera nacional para el procedimiento. “Sólo una cuarta parte será operada antes de morir”, afirmó.

La cardiopatía reumática, una enfermedad en gran medida prevenible, es el resultado del costo acumulativo de ataques repetidos de fiebre reumática, causada por una bacteria llamada estreptococo del grupo A. El grupo bacteriano, considerado el quinto patógeno más letal del mundo, causa que aproximadamente 600 millones de personas cada año contraigan faringitis estreptocócica.

Una minoría de los infectados padece una enfermedad cardíaca reumática, que resulta de una respuesta inmune anormal que daña el corazón y sus válvulas. Se estima que entre el 5 y el 10 por ciento de las personas tienen una predisposición genética a esta respuesta inmune. Pero los factores ambientales, como las condiciones de vida pobres y hacinadas, también influyen.

A menudo, los niños muestran los primeros síntomas de la enfermedad entre los 8 y 10 años. Puede detectarse temprano con una ecografía del corazón, llamada ecocardiograma. El problema es que países como Uganda tienen muy pocos cardiólogos para interpretar las imágenes, lo que hace inviable la detección generalizada. Como resultado, la enfermedad a menudo pasa desapercibida en sus primeras etapas. “El niño no sabe que lo tiene. Los padres no lo saben”, dijo Brown. “Si van al médico, el médico no se enterará”.

La cardiopatía reumática afecta a países azotados por la pobreza como Uganda, donde la tienen entre el 2 y el 3 por ciento de todos los niños. Estos países albergan muchas cepas diferentes de bacterias y los niños suelen sufrir infecciones repetidas. La condición empeora con cada nuevo combate.

Aunque la enfermedad ya no es un problema importante en los Estados Unidos, lo fue en fechas tan recientes como las décadas de 1940 y 1950, como Sable sabe muy bien. Era un adolescente cuando su abuela murió por complicaciones de una cardiopatía reumática y enfisema.

“Fue la causa número uno de muerte cardíaca en Estados Unidos en la primera mitad del siglo XX”, afirmó Sable. “Más de 100.000 militares fueron excluidos del ejército durante la Segunda Guerra Mundial porque tenían fiebre reumática o enfermedad cardíaca reumática”.

El uso de la inteligencia artificial en la atención médica se ha disparado desde 2018, cuando la Administración de Alimentos y Medicamentos aprobó la primera herramienta de diagnóstico independiente basada en IA, conocida como IDx-DR, para detectar la retinopatía diabética, una afección ocular grave que puede desarrollarse en personas con diabetes. Un poco más de cinco años después, hay casi 700 dispositivos médicos habilitados para inteligencia artificial y aprendizaje automático aprobados por la FDA.

Mientras que las máquinas de ecocardiograma en un hospital pesan alrededor de 500 libras y cuestan 250.000 dólares, el equipo desarrollado por el grupo nacional infantil sería liviano y costaría entre 2.000 y 5.000 dólares. Una empresa con sede en Singapur, Us2.ai, está desarrollando software con el algoritmo del equipo, que fue entrenado utilizando más de 1.000 ecocardiogramas.

El algoritmo puede interpretar imágenes en segundos, clasificándolas como “normales” o como “consideradas una enfermedad cardíaca reumática”. En pruebas realizadas con ecocardiogramas de más de 500 pacientes, la nueva herramienta interpretó imágenes con una tasa de precisión cercana al 90 por ciento.

“El valor de la IA es extraordinario si se puede utilizar para mejorar la precisión de las imágenes”, afirmó Chris Longenecker, director del Programa Global de Salud Cardiovascular de la Universidad de Washington, que no participó en el estudio. Dijo que la inteligencia artificial hará del ultrasonido una herramienta particularmente poderosa porque “puede llevarlo a los rincones más remotos de un país de bajos ingresos”.

Longenecker dijo que la IA también puede ayudar a los médicos a aprender más sobre las características críticas de la enfermedad cardíaca reumática. “La IA puede trabajar como un médico y potencialmente agregar algo a lo que hace un médico”, dijo Pooneh Roshanitabrizi, científico del Children’s National que desarrolló el nuevo algoritmo para interpretar ecocardiogramas con Marius Linguraru, investigador principal del Instituto de Pediatría Sheikh Zayed del hospital.

Los investigadores del Children’s National dijeron que el nuevo sistema de detección se está probando y mejorando basándose en hasta 200.000 casos pediátricos en Uganda. Cada niño en el programa es examinado de acuerdo con el estándar actual, en el que enfermeras capacitadas interpretan los ecocardiogramas por sí mismas. La gran mayoría de los datos de los 200.000 casos se utilizarán para entrenar y mejorar el algoritmo.

Si la nueva herramienta de detección recibe la aprobación de los reguladores de Uganda y Estados Unidos, cada enfermera recibiría una sonda del tamaño de un ratón de computadora (para generar imágenes del corazón) y una tableta equipada con el componente de IA.

Los casos señalados como posible cardiopatía reumática serán seguidos con un examen por parte de un cardiólogo. Las visitas al cardiólogo podrían realizarse mediante telemedicina en lugar de requerir viajes hacia o desde áreas remotas.

Shelby Kutty, directora de cardiología congénita pediátrica del Centro Infantil Johns Hopkins, que no participó en el proyecto, dijo que si bien se han realizado investigaciones similares para enfermedades cardíacas en adultos, “el trabajo en enfermedades cardíacas pediátricas ha sido relativamente limitado”. “En general, creo que se trata de un trabajo muy alentador”, añadió Kutty. “Creo que el campo va por buen camino”.

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