De 40 minutos a menos de 10: la IA reduce la angustia de estar dentro de una resonancia magnética

Dos investigadores del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), han desarrollado una nueva estrategia basada en inteligencia artificial y simulaciones computacionales que permite obtener información detallada del cerebro de forma más rápida a partir de resonancias magnéticas con menos datos de los habituales.

El método, publicado en la revista Communications Medicine, consigue reducir hasta un 90% el tiempo necesario para ciertas resonancias avanzadas manteniendo un alto nivel de precisión, lo que abre la puerta a técnicas de diagnóstico por imagen (neuroimagen) más eficientes y accesibles en el entorno clínico.

En la actualidad, para procesar las resonancias cerebrales avanzadas, investigadores y médicos suelen depender de grandes cantidades de imágenes del paciente, que debe permanecer inmóvil dentro de un escáner entre 30 y 60 minutos. Solo recientemente han comenzado a aparecer sistemas de inteligencia artificial entrenados con enormes colecciones de resonancias magnéticas de pacientes, datos difíciles de recopilar y que además plantean preocupaciones sobre la privacidad.

Ahora, este estudio propone un cambio de enfoque en el uso de la inteligencia artificial (IA) aplicada a la neuroimagen. En lugar de entrenar los modelos con datos reales de pacientes, el equipo ha utilizado un modelo basado en la física del proceso de difusión en el tejido cerebral para generar simulaciones que imitan de forma realista las resonancias magnéticas de pacientes reales. A partir de estos datos, se entrenan redes neuronales —sistemas computacionales inspirados en las neuronas biológicas— que permiten ajustar parámetros del modelo para que actúen como biomarcadores del estado del tejido, utilizando un número muy reducido de imágenes de resonancia magnética.

«Reducir el tiempo de adquisición necesario permite incorporar técnicas de resonancia mucho más avanzadas, lo que se traduce en una mayor cantidad de información clínica disponible para el personal médico», explica la investigadora del CSIC Silvia De Santis, que lidera el laboratorio Biomarcadores de Imaging Traslacional en el IN.

Este enfoque también reduce los sesgos asociados a los conjuntos de datos clínicos tradicionales. «El uso de simulaciones nos permite generar tantos datos como necesitemos, sin depender de la disponibilidad de pacientes y evitando problemas de privacidad», añade el investigador Maximilian Eggl, que lidera la línea de investigación Biomarcadores de la estructura y función cerebral inspirados en IA en el IN.

Menos tiempo de escáner, más información

La metodología se apoya en técnicas avanzadas de resonancia magnética (diffusion-weighted MRI), que permiten estudiar de forma no invasiva el movimiento del agua en el tejido cerebral y, con ello, obtener información sobre su microestructura. A partir de estas señales, el sistema de inteligencia artificial desarrollado en el IN reconstruye detalles del tejido cerebral de manera muy eficiente.

Uno de los resultados más relevantes del trabajo es la reducción drástica del número de mediciones necesarias. «Hemos visto que nuestra red, entrenada completamente con simulaciones, es capaz de obtener una precisión muy alta utilizando solo un 10% de los datos», señala Eggl. «Esto puede tener un impacto directo en la clínica, especialmente en hospitales con listas de espera muy largas», añade el investigador.

En la práctica, este avance podría traducirse en una reducción significativa del tiempo de escaneo: «Imagínate pasar de 40 minutos a unos 8 aproximadamente para obtener la misma información. Este procedimiento permitiría aumentar el número de pacientes atendidos en el mismo tiempo y hacer el sistema mucho más eficiente», coinciden ambos investigadores.

Diagnóstico precoz en enfermedades neurodegenerativas

El enfoque también abre nuevas posibilidades en el estudio de enfermedades neurodegenerativas como el alzhéimer, que presentan una fase preclínica muy prolongada, de hasta dos décadas, en la que no aparecen síntomas visibles. «El diagnóstico clínico de las patologías degenerativas sigue basándose en técnicas desarrolladas hace más de 30 años, mientras que la incorporación de avances generados en laboratorio continúa siendo un gran desafío. Este nuevo enfoque permitiría obtener información más detallada y, con ello, mejorar el diagnóstico de estas enfermedades», explica De Santis.

Además, el sistema permite reanalizar datos de resonancia magnética adquiridos hace décadas, que hasta ahora habían quedado limitados por las tecnologías disponibles en su momento. Gracias a la nueva aproximación basada en simulaciones, estos datos pueden reinterpretarse para extraer nueva información relevante sobre enfermedades neurológicas.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Fundación «la Caixa; la Agencia Estatal de Investigación (AEI) – Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades; el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia; la subvención de la Generalitat Valenciana para la contratación de investigadoras e investigadores doctores de excelencia (CIDEGENT 2021); y el Pasqual Maragall Researchers Programme (PMRP) de la Fundación Pasqual Maragall.