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Domingo, Agosto 14, 2022

Como um avanço do século 19 pode revolucionar o diagnóstico de COVID-19

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Parece simples, mas para tratar alguém que você suspeita ter COVID, você precisa confirmar que ele está realmente infectado com o coronavírus.

No Reino Unido, é fácil tomar isso como garantido – temos um método de detecção confiável para diagnosticar pacientes infectados amplamente disponível desde o início do pandemia. Isso permitiu que as pessoas fossem tratadas e cuidadas prontamente, salvando vidas.

A principal técnica para identificar se alguém tem COVID é chamada de teste de reação em cadeia da polimerase de transcrição reversa – ou RT-PCR. Esse processo pode dizer se o material genético do coronavírus está presente em uma amostra retirada de uma pessoa, geralmente coletada do meu cotonete dentro do nariz ou da garganta.

Esse teste normalmente é feito em laboratório, e os recursos necessários significam que fazê-lo em escala é um grande desafio.

Os países de alta renda conseguiram ampliar seus testes de COVID a um grande custo, mas em alguns países de baixa e média renda – como Paquistão, Sri Lanka, Índia e muitos países africanos – a equipe de saúde não conseguiu realizar um grande número de testes COVID devido à falta de recursos. Este é um problema específico em locais remotos.

Além disso, o teste de PCR não é muito rápido. Normalmente, leva cerca de duas horas e mais se for necessário mais tempo para levar a amostra de teste a um laboratório adequado para teste.

Em muitos casos, confirmar se alguém tem o vírus precisa acontecer muito mais rapidamente. Quando alguém tem COVID grave, o tratamento realmente precisa começar imediatamente. Diagnosticar rapidamente a doença é potencialmente salvar vidas.

Assim, nossa equipe investigou se uma alternativa rápida e confiável ao teste de PCR poderia ser fornecida usando equipamentos hospitalares comumente disponíveis – ou seja, as máquinas disponíveis no departamento de radiografia.

COVID aparece em exames de tórax

Técnicas de imagem do tórax – como tomografia computadorizada (TC) ou raio-X – podem ser analisadas por radiologistas para procurar marcadores visuais de uma infecção por COVID.

Investigações no início da pandemia constataram que anormalidades apareciam nas imagens de radiografia de tórax de pacientes com o vírus, levando a Organização Mundial da Saúde para recomendar usando radiografia para diagnosticar COVID quando o teste de PCR não estiver disponível, especialmente para pacientes graves.

Mas há um gargalo de recursos aqui também. O uso de raios-X e tomografia computadorizada para diagnóstico exige que os radiologistas decifrem cuidadosamente as imagens do tórax, pois os indicadores visuais do COVID podem ser difíceis de detectar. Então, criamos um inteligência artificial programa para fazer isso, para acelerar o diagnóstico e permitir que os radiologistas continuem com seus trabalhos.

O programa é baseado em algo chamado rede neural convolucional profunda, um tipo de algoritmo normalmente usado para analisar imagens. Esses algoritmos podem selecionar as principais características das imagens e classificar aquelas que possuem semelhanças e diferenças.

Começamos treinando e testando vários algoritmos diferentes – alguns já existentes, outros que criamos – usando um banco de dados de cerca de 3.000 radiografias de tórax. Estes foram uma mistura de exames de pacientes com COVID, indivíduos saudáveis ​​e pessoas com vírus pneumonia.

Enquanto trabalhávamos, ajustamos os algoritmos para torná-los melhores em identificar as diferenças entre os raios-X. Com o tempo, descobrimos que um claramente teve um desempenho melhor do que os outros.

Em seguida, avaliamos esse desempenho superior, fornecendo um conjunto completamente novo de raios-X que ele não havia visto antes e pedimos para determinar se cada um deles era de um paciente com COVID ou não. O programa acertou a resposta em 98,04% das vezes.

Como isso poderia ser usado?

Seguindo esses resultados, desenvolvemos um aplicativo que poderia rodar o programa fora do nosso laboratório, para que pudesse ser usado em locais onde pudesse fazer a diferença. O aplicativo não requer muita memória ou energia do computador para ser executado e, portanto, pode ser instalado em PCs e laptops normais.

Ele foi projetado de tal forma que nenhum equipamento adicional é necessário. As radiografias do paciente só precisam ser enviadas para o aplicativo via USB ou pela web e, em seguida, o algoritmo analisa a imagem e retorna um resultado indicando se é COVID-positivo ou não.

Este aplicativo não substituirá o PCR. Mas pode ser muito eficaz em departamentos de emergência, onde os pacientes chegam com doenças graves. Isso permitiria que uma radiografia de tórax fosse rapidamente tirada e analisada e, se o paciente for positivo, o tratamento começar imediatamente, em vez de aguardar os resultados do laboratório.

Além de ser benéfico para os pacientes, isso também pode acelerar sua passagem para enfermarias adequadas em outros lugares do hospital e, assim, aliviar a pressão sobre os departamentos de emergência e emergência.

O aplicativo também pode ser muito eficaz no diagnóstico de casos de COVID em países de baixa renda e áreas remotas onde a PCR não está prontamente disponível. Então, como próximo passo, estamos planejando testá-lo no Paquistão, como parte do programa financiado pela UE SEGURO RH projeto, para ver o impacto que pode ter no mundo real.A conversa

Naeem RamzanProfessor de Engenharia da Computação, Universidade do Oeste da Escócia; Gabriel OkoloDoutorando, Escola de Computação, Engenharia e Ciências Físicas, Universidade do Oeste da Escóciae Stamos KatsigiannisProfessor Assistente em Ciência da Computação, Universidade de Durham.

Este artigo é republicado de A conversa sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.



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