Modelli di screening a base di intelligenza artificiale per la prevenzione e la diagnosi precoce del carcinoma del colon-retto

Il carcinoma del colon -retto (CRC) rappresenta il terzo cancro più comunemente diagnosticato e la quarta causa principale di morte per cancro in tutto il mondo. Per i prossimi decenni si stima che ci sarà un aumento significativo e progressivo della sua incidenza, raggiungendo una soglia di circa 2,2 milioni di nuovi casi nel 2030 in tutto il mondo.

Nel 2022 in Italia, 48.100 nuove diagnosi di CRC furono stimate rispetto a 43.702 nel 2020 con un aumento di 4400 casi in 2 anni (Rapporto IOM Associazione medica italiana 2022 - Il numero di cancro in Italia). Secondo i dati dell'Associazione italiana dei registri del cancro (AIRTUM), la CRC è la seconda più alta incidenza sul cancro tra i maschi (il 15% di tutti i nuovi tumori) e le femmine (13%), precedenti dalla prostata e dal carcinoma mammario, rispettivamente (AIOM Report 2022).

Numerosi fattori di rischio sono associati all'incidenza del cancro del colon-retto, alcuni dei quali non modificabili, come età, determinanti ambientali, fattori ereditari, predisposizione genetica individuale e alterazioni epigenetiche e altri modificabili, come lo stile di vita sedentario, il saturo e saturo dieta grassa e fumo, comportamenti più comuni nei paesi ad alto reddito.

Per quanto riguarda l'età, uno dei fattori di rischio non modificabili, la probabilità di diagnosi del cancro del colon-retto aumenta nettamente dopo i 50 anni: oltre il 90% dei casi di carcinoma del colon-retto si verifica in persone di età pari o superiore a 50 anni.

Tra i fattori di rischio modificabili, l'attività fisica è fortemente associata a un rischio ridotto di cancro al colon. Gli studi dimostrano che le persone più fisicamente attive hanno un rischio inferiore del 25% di sviluppare tumori del colon sia prossimale che distale rispetto alle persone meno attive.

L'eccesso di peso corporeo aumenta il rischio di CRC, con un'associazione più forte negli uomini che nelle donne. L'aumento di peso sembra avere una maggiore influenza sul rischio di CRC quando si verifica nelle prime fasi di età adulta che nelle fasi di vita successive, come indicato dalla Americam Cancer Society nel suo rapporto del 2005 e confermato dallo studio del 2012 da Renehan et al. La pubblicazione scientifica di Steins Bisschop CN et al (2014) mostra come le differenze nell'incidenza di CRC a livello globale siano correlate alla dieta, che influenza fortemente il verificarsi di questo tumore.

Le diete ricche di grassi, in particolare i grassi animali, sono un importante fattore di rischio per il carcinoma del colon -retto perché aumentano l'escrezione intestinale di acidi biliari, che possono essere metabolizzati dai batteri intestinali nei carcinogeni, nonché inducono marcati cambiamenti nella comunità microbica implicata nella tumogenesi intestinale .

Alcuni studi, come riportato da Patel Sg et al (2012), suggeriscono che le persone a dieta bassa di frutta e verdura possono avere un rischio più elevato di carcinoma del colon-retto a causa della ridotta assunzione di potenziali composti anti-cancerogeni, che sono presenti a livelli elevati in frutta e verdura.

Nel novembre 2009, l'Agenzia internazionale per la ricerca sul cancro ha riferito che ci sono prove evidenti per affermare che il fumo di tabacco provoca CRC, mentre per il consumo di bevande alcoliche in particolare moderata e grave, non vi sono ancora prove scientifiche chiare.

I programmi di screening per la prevenzione e il rilevamento precoce sono stati implementati in diversi paesi europei per tumori ad alta prevalenza, come CRC. L'obiettivo principale dello screening CRC è identificare presto i tumori asintomatici o istologicamente avanzati. La maggior parte dei paesi sta adottando un approccio mirato che si basa sull'età della popolazione con la promozione dei test immunochimici fecali (FIT), un test economico e ripetitivo che, se positivo avrebbe diretto un ulteriore trattamento attraverso la colonscopia totale (CT).

Sebbene molti studi osservazionali, come lo studio di Lee, J. K et al (2014) e la ricerca di Zauber Ag et alt (2012), hanno affermato che la colonscopia ha un effetto protettivo nella prevenzione di CRC, altri studi hanno sottolineato Il suo effetto non ottimale dovuto al rischio inaspettato di carcinoma intervallo.

Ad oggi, la colonscopia è considerata il gold standard per rilevare lesioni del colon, sebbene alcuni piccoli polipi possano ancora essere persi al rilevamento. Una revisione sistematica della letteratura ha riferito che il tasso di adenomi mancati è del 20-26% per qualsiasi adenoma e del 2,1% per grandi adenomi di dimensioni (= 10 mm). Studi che confrontano i risultati ottenuti mediante colonscopia e TC virtuale del colon hanno riportato un tasso di polipi "mancati" mediante colonscopia del 12% per polipi di grandi dimensioni (> 1 cm), come riportato da Singh H et al (2006). Anche il tasso di rilevamento dell'adenoma (ADR) sembra essere molto variabile tra gli operatori.

L'intelligenza artificiale (AI) sta sviluppando un crescente interesse a causa del suo potenziale ruolo nel miglioramento della qualità della diagnosi e del trattamento in medicina.

In particolare nell'endoscopia digestiva, l'intelligenza artificiale potrebbe essere abituata a:

1. Ridurre al minimo il rischio di identificazione del polipo mancato durante la colonscopia, aumentando l'ADR e di conseguenza diminuendo l'incidenza del carcinoma interno.
2. Migliorare la diagnosi ottica dei polipi con conseguente migliore "gestione" di essi (ad esempio, strategia "resect e discardo" per polipi piccoli o metodi di resezione endoscopica complessi o chirurgia per lesioni avanzate).

Pertanto, è evidente e necessario migliorare le nuove strategie attraverso un approccio basato sul rischio che integri informazioni individuali come sesso, età, genetica, comorbidità e esposizioni, tra cui stile di vita e abitudini alimentari, in grandi coorti prospettive.

Pertanto, la strategia implementata in questo studio sulla combinazione dei dati, che verrà ottenuta attraverso l'endoscopia eseguita con AI e antropometrica, caratteristiche genetiche e dati espositivi, intende migliorare l'adeguatezza delle prescrizioni e le procedure di sorveglianza e il tipo di test da implementare , riducendo al contempo i costi per le strutture ("sblocco" risorse del sistema sanitario).

Ciò ridurrebbe laddove possibile il numero di procedure invasive inutili sui pazienti e indirizzerebbe tali procedure al tipo di pazienti che ne trarrebbero beneficio.

Obiettivo primario L'obiettivo dello studio è quello di sviluppare un modello di rischio predittivo utile per personalizzare le strategie di screening basate su un modello che continuerà a identificare quelli a maggior rischio di trasportare un neoplasia ad alto rischio (adenoma avanzato/carcinoma in fase iniziale) e offrire loro un programma di screening più preciso e personalizzato, con l'obiettivo di ridurre l'onere diagnostico per le persone a basso rischio.

Il modello si baserà sulle conoscenze già note sui fattori di rischio per i quali vi sono chiare prove di correlazione con il verificarsi di adenoma (inclusi gli adenomi serei) e il cancro (ad es. Familità, abitudine al fumo, consumo di carne, obesità) e integra che su fattori per i quali Non ci sono prove forti (ad es. Dieta, attività fisica) e che influenzano l'ADR (ad es. Tipo di colonscopia ottica o mediata dall'intelligenza artificiale). Pertanto, sarà un modello "ibrido" mediato dall'intelligenza artificiale con una parte "basata sui dati" e una parte "basata sulla conoscenza".

Progettazione dello studio. Studio randomizzato, controllato, controllato, interventistico con dispositivo medico, gruppo parallelo, singolo centro nei soggetti che sono risultati positivi per gli esami del sangue occulti fecali eseguiti a seguito di aderenza indipendente al programma di screening del cancro del colon della regione di Emilia-Romagna.

I soggetti che risultano positivi per gli esami del sangue occulti fecali vengono contattati telefonicamente dal centro di screening USL di Azienda per un'intervista prima di eseguire una colonscopia approfondita per verificare la causa del sanguinamento secondo il programma di screening regionale.

Dopo l'intervista telefonica, il paziente va alla clinica ambulatoriale per ricevere una prescrizione e una preparazione per la pulizia dell'intestino, in quel momento riceve questionari utili per studiare il tipo di dieta e l'attività fisica.

Il paziente alla data programmata, e dopo la preparazione intestinale, va alla clinica ambulatoriale per eseguire la colonscopia e per consegnare i questionari riguardanti le abitudini alimentari e l'attività fisica.

I pazienti saranno randomizzati alla colonscopia tradizionale o alla colonscopia con intelligenza artificiale.

Se vengono rilevati polipi e/o lesioni sospette con le prestazioni della colonscopia, lo specialista può decidere di eseguire una colonscopia di follow-up a 1, 3 o 5 anni, a seconda del tipo di problema clinico riscontrato. Questi dati saranno anche raccolti per il presente studio come follow-up per aumentare le informazioni e ottimizzare il percorso di screening in base alle caratteristiche di ciascun paziente.

Stabilire lo studio avrà luogo presso l'U.O. Gastroenterologia di IRCCS AOUBO, che sarà responsabile dell'iscrizione al paziente. The U.O. La governance clinica e la qualità degli IRCC Aoubo e dell'Università di Bologna stanno collaborando nello studio.

Ammissibilità dei partecipanti (criteri di inclusione/esclusione)

Sarà incluso:

1. Soggetti di età compresa tra 50 e 69 anni
2. Genere maschile e femminile
3. Soggetti che hanno presentato positivo per esame del sangue occulto fecale (FIT) eseguiti durante il programma di screening del cancro del colon della regione Emilia-Romagna
4. Soggetti che hanno fornito il consenso scritto allo studio.

Sarà escluso:

1. Soggetti che non capiscono la lingua italiana
2. Soggetti con storia precedente di colectomia totale o resezioni intestinali
3. Soggetti che hanno avuto la colonscopia eseguita nei 12 mesi precedenti
4. Soggetti con controindicazioni alla colonscopia
5. Soggetti con controindicazioni alla sedazione o all'anestesia
6. Soggetti con una storia personale di CRC
7. Soggetti con sindrome del cancro gastrointestinale ereditario: poliposi adenomatosa familiare (FAP), FAP attenuata, poliposi associata a Mutyh, sindrome da linciaggio o linciaggio e sindrome della poliposi segnata
8. Soggetti con malattia infiammatoria intestinale (malattia di Crohn, colite ulcerosa)

Il trattamento e la colonscopia di follow-up saranno eseguiti con il metodo tradizionale (CT) o con il supporto del dispositivo medico (intelligenza artificiale-AI) in base alla randomizzazione che verrà eseguita centralmente per gruppi di 8-12 pazienti. La generazione della sequenza di randomizzazione verrà eseguita attraverso il generatore di numeri casuali dal "portale della regione di Romagna di Emilia" (http://wwservizi.regione.emilia-romagna.it/generatore/).

La colonscopia verrà eseguita con colonscopi Olympus già disponibili presso l'IRCCS Aoubo Gastroenterology OU con o senza l'aiuto del sistema GI Genius che verrà acquisito attraverso fondi del DARE - Digital Life Prevention Project PNC0000002 dal Ministero dell'Università e della ricerca.

La dimensione del campione almeno 1400 dovrebbe essere inclusa nello studio per un periodo di 18 mesi.

Durata dello studio Lo studio avrà una durata di 72 mesi.

Metodologia dell'analisi Le analisi saranno effettuate dal personale del Dipartimento di ingegneria elettrica e ingegneria delle informazioni "Guglielmo Marconi" dell'Università di Bologna.