Reti neurali per le analisi
a cura dell’Istituto Scientifico Universitario San Raffaele
Ricercatori di LABORAF – Diagnostica e Ricerca San Raffaele S.p.A. hanno sviluppato e utilizzato per
la prima volta un software neuro-fuzzy, un esempio di intelligenza artificiale applicata alle
analisi di laboratorio
Per la prima volta ricercatori del San Raffaele hanno messo a punto un software per
l’interpretazione dell’elettroforesi capillare, un esame utile allo studio delle proteine e molto
importante nella diagnosi di alcune patologie del sistema immunitario. Il nuovo software, chiamato
FuzzyLab, consente di ottenere risultati qualitativamente migliori e di abbattere di dell’80% i
tempi di refertazione dell’esame, a tutto vantaggio non solo del medico ma anche del paziente.
FuzzyLab è un software di tipo neuro-fuzzy, si basa cioè su una combinazione di reti neurali e
logica fuzzy. Le reti neurali sono una sorta di cervello artificiale in grado di migliorare
continuamente la propria capacità di apprendimento. La logica fuzzy rende i processi di calcolo del
computer più flessibili. Si tratta di una logica applicata già da qualche anno a molti prodotti di
largo consumo che permette ad esempio alle lavatrici di ultima generazione di dosare acqua e
detersivo in base al livello di sporco del bucato. Fuzzylab svolge rapidamente e in modo del tutto
automatizzato e standardizzato il lavoro di interpretazione dell’elettroforesi capillare fino ad
oggi eseguito manualmente e soggetto all’interpretazione del medico. In un laboratorio di grandi
dimensioni spiega Stefania Del Rosso, responsabile del laboratorio di Proteine di
Laboraf-Diagnostica e Ricerca San Raffaele si effettuano ogni giorno in media 350 elettroforesi,
la cui lettura richiede ad un medico esperto almeno due ore di lavoro. Per svolgere lo stesso
compito il software impiega solo 20 minuti.
In questo modo il medico può distinguere velocemente tra esiti normali e patologici e dedicare
quindi il tempo risparmiato all’analisi degli esami più critici e più difficili da interpretare.
L’elettroforesi capillare analizza le proteine del siero e, oltre a fornire indicazioni di carattere
molto generale su stati infiammatori e possibili sofferenze epatiche, serve per rivelare la presenza
di una componente monoclonale – un insieme di anticorpi tutti uguali tra loro – prodotto in diversi
casi di alterazioni del sistema immunitario. Le componenti monoclonali sono correlate ad esempio a
patologie linfoproliferative maligne come il mieloma multiplo, la leucemia linfatica cronica e i
linfomi; l’elettroforesi può inoltre essere importante per sottoporsi a una TAC. In questo caso,
infatti, la presenza di una componente monoclonale può interferire con alcuni mezzi di contrasto
utilizzati per l’esame, scatenando una pericolosa reazione anafilattica.
Per imparare a leggere le analisi, FuzzyLab è stato sottoposto a un vero e proprio addestramento
articolato in tre fasi. Nella fase iniziale il software allievo è stato istruito a riconoscere la
forma delle curve elettroforetiche normali con un algoritmo matematico, sulla base dei dati forniti
dal medico addestratore. Nella seconda fase sono state messe a punto e inserite nel computer le
formule matematiche per l’identificazione delle curve patologiche. Nella terza fase, di validazione
del sistema, l’interpretazione manuale e quella di FuzzyLab sono state messe a confronto per
valutarne il margine di errore, risultato inferiore al 2%.
Il sistema è estremamente flessibile e potenzialmente in grado di incrementare il proprio
aggiornamento con l’esperienza, via via che i medici addetti utilizzano il programma e inseriscono
nuovi dati, così com’è nella logica delle reti neurali. I vantaggi di questo approccio sono
importanti e molteplici sia per il medico sia per il paziente, dice Michelangelo Murone,
vice-direttore di Laboraf. Il primo e più evidente è la riduzione dei tempi di refertazione che
permette allanalista di avere più tempo a disposizione per esaminare i tracciati patologici. Non
meno importante è il miglioramento della qualità interpretativa, che si traduce in una refertazione
innanzitutto più sicura, perché le curve patologiche vengono analizzate in doppio, prima dal
software e poi dal medico, ma anche più oggettiva e standardizzata, perché Fuzzylab riduce la
probabilità di errori ed elimina il rischio di differenze interpretative legate al fattore umano.
Logica fuzzy, reti neurali e software neuro-fuzzy: approfondimento
Il programma FuzzyLab, sviluppato da Lorenzo Schiavina, professore di matematica all’Università
Cattolica di Brescia, è un sistema esperto di tipo neuro-fuzzy, cioè un’applicazione che appartiene
all’area dell’intelligenza artificiale, basata su una fusione di reti neurali e logica fuzzy. Le
reti neurali sono strumenti di calcolo che riproducono la struttura di base e i processi di
apprendimento del cervello, in modo tale da poter essere addestrate con particolari algoritmi a
fornire le stesse risposte che darebbe un esperto umano a specifiche richieste.
La logica fuzzy è invece un’estensione della tradizionale logica binaria (del sì o no, del vero o
falso) su cui sono basati i normali programmi per computer ed è stata introdotta proprio per
superare questo eccessivo schematismo. Fuzzy in inglese significa infatti vago, indefinito,
sfumato, e la logica fuzzy permette ai computer di non classificare i dati che deve elaborare solo
come tutto bianco o tutto nero, ma anche di considerare le innumerevoli vie di mezzo comprese
tra i due estremi, pur mantenendo il rigore matematico tipico del calcolatore. È dunque
particolarmente adatta a rappresentare la conoscenza di un esperto umano della realtà, che è
variegata, multiforme e sfaccettata.
Laboraf Il laboratorio di analisi del San Raffaele
Laboraf, Diagnostica e Ricerca San Raffaele S.p.A., nasce nel giugno del 2002 da un’esperienza di
oltre 30 anni nel campo della diagnostica e della ricerca di laboratorio all’interno dell’Istituto
Scientifico Universitario San Raffaele. Dal 1970 fino ad oggi i settori di analisi si sono
diversificati e specializzati fino a comprendere oltre 25 laboratori specialistici, tutti dotati di
strumentazione allavanguardia e in grado di avvalersi delle tecniche di indagine diagnostica più
moderne.
Esegue più di 6.000.000 di analisi di laboratorio all’anno, 700 tipi diversi di test, 50 metodiche
nuove ogni anno. Conta oltre 2.000 utenti al giorno e 300 clienti in service. Dal 1998 tutti i
laboratori di analisi Laboraf sono certificati UNI EN ISO 9002 e dal 2002 UNI EN ISO 9001:2000.
Per ulteriori informazioni:
Laboraf – Diagnostica e Ricerca San Raffaele S.p.a.
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