Safe Aorta

Σύστημα Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων για τη Νόσο των Ανευρυσμάτων Κοιλιακής Αορτής Βασισμένο σε Μοντέλα Τεχνητής Νοημοσύνης

Αντικείμενο του έργου

Το Ανεύρυσμα Κοιλιακής Αορτής (ΑΚΑ) ορίζεται ως η μόνιμη εντοπισμένη διάταση που υπερβαίνει το 50% της φυσιολογικής διαμέτρου (>3 εκ). Η κύρια επιπλοκή των ΑΚΑ είναι η ρήξη, η οποία αποτελεί την 13η πιο συχνή αιτία θανάτου και την 3η πιο συχνή αιτία αιφνίδιου θανάτου στον δυτικό κόσμο, μετά το οξύ έμφραγμα του μυοκαρδίου και το αγγειακό εγκεφαλικό επεισόδιο.

Η ανάγκη για πιο «επιλεκτική» προσέγγιση στην αντιμετώπιση ασθενών με ΑΚΑ, έχει καταγραφεί εδώ και δύο δεκαετίες με την εισαγωγή του δείκτη της Γλασκώβης και του δείκτη Hardman για την πρόβλεψη της θνητότητας μετά από χειρουργική επέμβαση στη βάση δημογραφικών, ιστορικών και κλινικών δεδομένων.

Κίνητρο για το προτεινόμενο έργο αποτελεί το κενό που υπάρχει στην εκτίμηση του κινδύνου ταχείας επέκτασης και ρήξης ενός ΑΚΑ. Ομολογουμένως, τα κριτήρια παρέμβασης σε ΑΚΑ είναι ελλιπή, ωθώντας πιθανώς σε αχρείαστες και δαπανηρές χειρουργικές παρεμβάσεις, που θα μπορούσαν να αποφευχθούν. Αντίστοιχα, σε άλλες περιπτώσεις, ο κίνδυνος ρήξης υποεκτιμάται, με πιθανώς καταστροφικές συνέπειες για τον ασθενή. Είναι σαφές ότι η ανανέωση και εξατομίκευση των κριτηρίων παρέμβασης δεν μπορεί να βασιστεί σε μεμονωμένες μελέτες. Απαιτείται ριζική αναβάθμιση της διαχείρισης ασθενών με ΑΚΑ. Προς αυτή την κατεύθυνση, είναι απαραίτητο να αναπτυχθούν εργαλεία που θα διευκολύνουν την αλληλεπίδραση ιατρών και ασθενών, αλλά και την συλλογή, διαχείριση και ανάλυση ιατρικών δεδομένων. Ο βασικός στόχος του ερευνητικού έργου SAFE-AORTA είναι η ανάπτυξη ενός Συστήματος Υποστήριξης Κλινικών Αποφάσεων (ΣΥΠΟΚΑ) για την ακριβή πρόβλεψη της μορφολογικής εξέλιξης και της πιθανότητας ρήξης ΑΚΑ.

Υλοποίηση ατομικού ηλεκτρονικού φακέλου υγείας ανευρυσματικών ασθενών και ενοποίηση βάσεων ιατρικών δεδομένων των συνεργαζόμενων αγγειοχειρουργικών κλινικών.
Συλλογή μεγάλου όγκου αναδρομικών και προοπτικών δεδομένων για τη νόσο των ΑΚΑ.
Ανάπτυξη του ψηφιακού διδύμου αορτής ασθενών με ΑΚΑ.
Ανάπτυξη μοντέλων πρόβλεψης της γεωμετρικής εξέλιξης και του κινδύνου ρήξης ΑΚΑ

Το αναμενόμενο τελικό αποτέλεσμα του έργου συνοψίζεται στην παρακάτω εικόνα, όπου περιγράφεται σχηματικά η διαδικασία ανάλυσης κινδύνου για μια νέα περίπτωση ΑΚΑ που παρακολουθείται σε συνεργαζόμενη αγγειοχειρουργική κλινική. Ο αγγειοχειρουργός δημιουργεί έναν νέο φάκελο ασθενούς στην εφαρμογή του SAFE-AORTA και καταχωρεί τα απαιτούμενα ιατρικά δεδομένα. Έπειτα δημιουργείται το Ψηφιακό Δίδυμο Αορτής (ΨηφιΔΑ) του ασθενούς και παράγονται οι μη επεμβατικοί βιοδείκτες. Ο αγγειοχειρουργός ενημερώνεται για τα αποτελέσματα της ανάλυσης του ΣΥΠΟΚΑ μέσω της εφαρμογής SAFE-AORTA, συμπεριλαμβανομένης της 3D αναπαράστασης της προβλεπόμενης εξέλιξης του ΑΚΑ καθώς και περιοχών του ανευρυσματικού τοιχώματος που είναι πιθανό να σημειωθεί ενδεχόμενη ρήξη, μεταξύ άλλων πληροφοριών.

Συνεργαζόμενοι φορείς

Εθνικό Μετσόβιο Πολυτεχνείο (ΕΜΠ)

To ΕΜΠ συμμετέχει μέσω του Εργαστηρίου Βιοϊατρικής Τεχνολογίας (ΕΒΙΤ) της Σχολής Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών του Εθνικού Μετσόβιου Πολυτεχνείου που δημιουργήθηκε το 1990 και από το 2001 αποτελεί θεσμοθετημένο εργαστήριο της Σχολής (ΦΕΚ, Αρ. Φύλλου 66, 6 Απριλίου 2001). Κύριος στόχος του εργαστηρίου είναι να υπηρετεί εκπαιδευτικές και ερευνητικές ανάγκες στα γνωστικά αντικείμενα της Βιοϊατρικής Τεχνολογίας και των εφαρμογών της, ιδίως δε στους επιστημονικούς τομείς της εμβιομηχανικής, της βιορρεολογίας-κλινικής αιμορρεολογίας, της κλινικής μηχανικής, της ιατρικής απεικόνισης-επεξεργασίας βιοσημάτων και εικόνας, των βιοαισθητήρων, της τηλεματικής, της ιατρικής πληροφορικής, των νευρωνικών δικτύων, των αλληλεπιδράσεων ακτινοβολίας-ιστών, της τεχνολογίας υπερήχων, της εικονικής πραγματικότητας και της τεχνολογίας αποκατάστασης-ρομποτικής και αυτοματισμών.

To ΕΜΠ συμμετέχει επίσης μέσω του Εργαστηρίου Βιορευστομηχανικής & Βιοϊατρικής Τεχνολογίας (ΒΡ-ΒΙΤ) που δραστηριοποιείται από το 1982, θεσμοθετήθηκε το 2002 με το Π.Δ. 389 (ΦΕΚ336/31-12-02) και ανήκει στον Τομέα Ρευστών της Σχολής Μηχανολόγων Μηχανικών. Οι δραστηριότητες του εργαστηρίου αφορούν κυρίως την ανάπτυξη πειραματικών και θεωρητικών-υπολογιστικών μεθοδολογιών στη Βιορευστομηχανική, με έμφαση στο καρδιαγγειακό, αναπνευστικό και ουροποιητικό σύστημα του ανθρώπινου οργανισμού. Τα ερευνητικά ενδιαφέροντα περιλαμβάνουν μεταξύ άλλων την ανάπτυξη βιορευστομηχανικών μοντέλων στη φυσιολογία και την παθολογία, τον σχεδιασμό, προσομοίωση και την ανάπτυξη πρωτότυπων βιοϊατρικών συσκευών.

Πολυτεχνείο Κρήτης (ΠΚ)

Το ΠΚ συμμετέχει μέσω των εξής εργαστηρίων, 1) Εργαστήριο Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας και Σήματος (DISPLAY), 2) το Εργαστήριο Προγραμματισμού και Τεχνολογίας Ευφυών Υπολογιστικών Συστημάτων, 3) Εργαστήριο Υπολογιστικής Μηχανικής και Βελτιστοποίησης, 4) Ερευνητική ομάδα του Ν.Α. Διαγγελάκη, 5) Εργαστήριο «Μεταβαλλόμενων Ευφυών Περιβαλλόντων» (TUC TIE Lab).

Πανεπιστήμιο Δυτικής Μακεδονίας (ΠΔΜ)

Το ΠΔΜ συμμετέχει μέσω του Εργαστηρίου Βιοϊατρικής Τεχνολογίας και Ψηφιακής Υγείας του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών της Πολυτεχνικής Σχολής. Το εργαστήριο καλύπτει τις ερευνητικές και διδακτικές ανάγκες στο γνωστικό αντικείμενο της βιοϊατρικής τεχνολογίας και των εφαρμογών της, ιδίως δε στους επιστημονικούς τομείς της εμβιομηχανικής, της κλινικής μηχανικής, της ιατρικής απεικόνισης-επεξεργασίας βιοσημάτων και εικόνας, των βιοαισθητήρων, της τηλεματικής, της ιατρικής πληροφορικής, των νευρωνικών δικτύων, των νευροεπιστημών, των αλληλεπιδράσεων ακτινοβολίας-ιστών, της τεχνολογίας υπερήχων, της εικονικής / επαυξημένης / μικτής πραγματικότητας και της τεχνολογίας αποκατάστασης ρομποτικής και αυτοματισμών.

Πανεπιστήμιο Δυτικής Αττικής (ΠΑΔΑ)

Το ΠΑΔΑ θα συμμετέχει στην ερευνητική πρόταση με μέλη Δ.Ε.Π. που ανήκουν σε δύο θεσμοθετημένα ερευνητικά εργαστήρια του Τμήματος Μηχανικών Βιοϊατρικής και σε ένα θεσμοθετημένο ερευνητικό εργαστήριο του Τμήματος Μηχανικών Πληροφορικής και Υπολογιστών:

Εργαστήριο Επεξεργασίας Ιατρικού Σήματος και Εικόνας (Ε.Ι.Σ.Ε.), το οποίο δραστηριοποιείται εκπαιδευτικά και ερευνητικά στην επεξεργασία και ανάλυση ιατρικού σήματος και εικόνας, στην αναγνώριση προτύπων σε ιατρικές και βιολογικές εφαρμογές, στη βιοπληροφορική, στην ιατρική πληροφορική, στη ραδιομική, τη ραδιο-γονιδιωματική, στην ιατρική στατιστική, στα ιατρικά ηλεκτρονικά, στον προγραμματισμό μικροεπεξεργαστών και μικροελεγκτών σε ψηφιακά ιατρικά συστήματα, στην τηλεϊατρική και ιατρική απεικόνιση από απόσταση, στις εφαρμογές της τεχνητής νοημοσύνης στην ιατρική και τη βιολογία και στη ρομποτική.
Εργαστήριο Τεχνητής – Υπολογιστικής Νοημοσύνης και Διεπιστημονικών Εφαρμογών (Τ.Υ.Ν.Δ.Ε.), το οποίο δραστηριοποιείται εκπαιδευτικά και ερευνητικά στα γνωστικά αντικείμενα Συστήματα Ασαφούς Λογικής, Νευρωνικά Δίκτυα, Εξελικτικός Υπολογισμός, Ενισχυτική Μάθηση, Βελτιστοποίηση Συστημάτων, Μηχανική Μάθηση, Αναγνώριση Προτύπων, Κατανεμημένη Τεχνητή Νοημοσύνη, Νοημοσύνη Σμήνους, Ευφυής Έλεγχος, Ευφυή Συστήματα Αποφάσεων, Πολυ-Πρακτορικά Συστήματα, Ενσωματωμένα Συστήματα, Ψηφιακά Συστήματα.
Εργαστήριο Παράλληλων και Κατανεμημένων Συστημάτων και Δικτύων, το οποίο δραστηριοποιείται εκπαιδευτικά και ερευνητικά στα αντικείμενα: Παράλληλοι Αλγόριθμοι και Εφαρμογές σε Συστήματα Πολυεπεξεργαστών και Συστοιχιών Υπολογιστών, Υπολογιστική σε Πλέγματα Υπολογιστικών Συστημάτων, Νέφους και Άκρου, Κατανεμημένα Συστήματα, Δικτυακές Τεχνολογίες, όπως και Τεχνολογίες Οπτικής Μετάδοσης και διασύνδεσης για την Εξυπηρέτηση Data Centers και Κατανεμημένων Συστημάτων, Σύγκλιση τεχνολογιών δικτύων πρόσβασης, Αλγόριθμοι δρομολόγησης / μεταγωγής σε οπτικά δίκτυα κορμού, Τεχνολογίες συστημάτων ασύρματων και οπτικών επικοινωνιών, Δίκτυα Αισθητήρων Οπτικών Ινών, Οπτικοί υπολογιστές – νευρομορφική υπολογιστική, Ασφάλεια Υπολογιστικών Συστημάτων και Δικτύων, Συστήματα και Τεχνικές Ανίχνευσης Εισβολών, Μηχανισμοί Αυθεντικοποίησης χρήστη πολλών παραγόντων, Τεχνολογίες ασύρματων και κινητών επικοινωνιών μεγάλου εύρους ζώνης και Επεξεργασία σήματος για τηλεπικοινωνιακά προβλήματα.

Ελληνικό Μεσογειακό Πανεπιστήμιο (ΕΛΜΕΠΑ)

Το ΕΛΜΕΠΑ συμμετέχει μέσω του εργαστηρίου Εφαρμοσμένης και Διαδραστικής Πληροφορικής (Laboratory of Applied and inTeractIve Computing – LATiCe) το οποίο αποτελεί θεσμοθετημένο εργαστήριο του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΦΕΚ, Τεύχος B’ 3527/26.08.2020) και του Εργαστηρίου Ευφυών Συστημάτων και Αρχιτεκτονικής Υπολογιστών (ISCA) το οποίο επίσης αποτελεί θεσμοθετημένο εργαστήριο του Τμήματος Ηλεκτρολόγων Μηχανικών και Μηχανικών Υπολογιστών (ΦΕΚ, Τεύχος B’ 2464/22.06.2020).

Πανεπιστήμιο Πελοποννήσου (ΠΑΠΕΛ)

Το εργαστήριο «Ρευστομηχανικής και Ρευστοδυναμικών Μηχανών (ΕΡΡΜ), Laboratory of Fluid Mechanics και Turbomachinery (FMTL)» των Μηχανολόγων Μηχανικών (ΦΕΚ τΒ’ 4958/10.11.2020) καθώς και το τμήμα Πολιτικών Μηχανικών του Πανεπιστημίου Πελοποννήσου δραστηριοποιούνται ερευνητικά κυρίως στην Υπολογιστική Ρευστομηχανική (CFD), μαθηματική μοντελοποίηση βιολογικών και μαγνητικών ρευστών, αριθμητική επίλυση Συνήθων και Μερικών Διαφορικών Εξισώσεων κυρίως σε προβλήματα της Μηχανικής των Ρευστών. Ειδικότερα έχουν εκπονηθεί από τα μέλη του εργαστηρίου εργασίες σε ροές βιολογικών, μαγνητικών, ηλεκτρικά αγώγιμων (MagnetoHydrodynamics) και μη αγώγιμων ρευστών (FerroHydroDynamics) με ιδιαίτερη εξειδίκευση στη Βιο-Μαγνητο-Υδροδυναμική (BioMagnetic Fluid Dynamics). Επίσης έχουν εκπονηθεί εργασίες σε ροές σε αγωγούς, κοιλότητες και οριακού στρώματος για στρωτή ή/και τυρβώδη ροή καθώς και γενικότερα με μεταφορά θερμότητας και μάζας (heat and mass transfer) σε προβλήματα ρευστομηχανικής, ροές με νανοσωματίδια και γενικότερα με εφαρμοσμένα μαθηματικά, προτυποποίηση φυσικών προβλημάτων και εύρεση αναλυτικών, ήμιαναλυτικών και κυματικών λύσεων. Οι αριθμητικές μέθοδοι που έχουν χρησιμοποιηθεί είναι meshless, πεπερασμένων διαφορών, πεπερασμένων στοιχείων και πεπερασμένων όγκων σε δομημένα ή μη δομημένα πλέγματα. Όλες οι προσομοιώσεις αιμοδυναμικής στις σχετικές επιστημονικές εργασίες από μέλη του εργαστηρίου έχουν εκπονηθεί με χρήση επιλυτών ανοιχτού κώδικα, εμπορικών προγραμμάτων ή διαθέσιμων in-house κωδίκων. Στο Τμήμα Μηχανολόγων Μηχανικών υπάρχει επίσης προσωπικό (μεταδιδακτορικοί ερευνητές) οι οποίοι ασχολούνται με τεχνητή νοημοσύνη και με ευφυή συστήματα μηχανικής μάθησης (machine learning).

Το εργαστήριο Ψηφιακής Υγείας και Οικονομικών Υγείας (Digital Health Applications and Health Economics Analytics Laboratory – DigiTHEA Lab) (ΦΕΚ 1201 B’/26.04.2016) του Τμήματος Οικονομικών Επιστημών δραστηριοποιείται σε θέματα που σχετίζονται άμεσα ή έμμεσα με τα οικονομικά της υγείας, εφαρμογές ψηφιακής υγείας, πληροφοριακά συστήματα υγείας, ασφάλεια πληροφοριακών συστημάτων και διοίκηση Υγείας. Το εργαστήριο έχει την τεχνογνωσία για την διαχείριση νομικών και ηθικών ζητημάτων, την διεξαγωγή εκπαίδευση και διοργάνωση σεμιναρίων για κοινή χρήση δεδομένων και συμμόρφωση με τον GDPR, αλλά και για την άρτια διοργάνωση (σχεδιασμό, εκτέλεση και παρακολούθηση) δραστηριοτήτων διάδοσης αποτελεσμάτων και την εκπόνηση σχεδίου εκμετάλλευσης ερευνητικών αποτελεσμάτων.

Ίδρυμα Ιατροβιολογικών Ερευνών Ακαδημίας Αθηνών (ΙΙΒΕΑΑ)

Η ερευνητική δραστηριότητα του εργαστηρίου του Δρ. Αναγνωστόπουλου εστιάζει σε μελέτες ανάπτυξης, βελτιστοποίησης, επικύρωσης και εφαρμογής τεχνικών καρδιαγγειακής απεικόνισης. Στην παρούσα φάση δίνεται έμφαση στην απεικόνιση της στεφανιαίας κυκλοφορίας διερευνώντας ανατομικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά στεφανιαίων βλαβών καθώς και νέους δείκτες στεφανιαίας φυσιολογίας αναλύοντας εικόνες από αξονική στεφανιογραφία (CTA). Στην ίδια κατεύθυνση, πιο πρόσφατα, το εργαστήριο έχει αρχίσει να διερευνά τις δυνατότητες της μηχανικής μάθησης στη βελτίωση της πρόβλεψης των διαταραχών της μυοκαρδιακής αιμάτωσης συνδυάζοντας ανατομικά και μορφολογικά χαρακτηριστικά αθηρωματικής πλάκας με ραδιομικά χαρακτηριστικά που προέρχονται από CTAs. Μια άλλη κατεύθυνση των ερευνητικών δραστηριοτήτων είναι ο έλεγχος της αξίας νέων μη επεμβατικών απεικονιστικών δεικτών φλεγμονής της αθηρωματικής πλάκας, καθώς και η αξιολόγηση της ανταπόκρισης στη θεραπεία χρησιμοποιώντας PET/CT κατόπιν θεραπευτικής παρέμβασης.