Bron: Science Daily | Methode: Herschreven
Origineel: “AI finds a hidden stress signal inside routine CT scans”
Researchers used a deep learning AI model to uncover the first imaging-based biomarker of chronic stress by measuring adrenal gland volume on routine CT scans. This new metric, the Adrenal Volume Index, correlates strongly with cortisol levels, allostatic load, perceived…
Wetenschappers van Johns Hopkins University hebben een doorbraak gerealiseerd in de detectie van chronische stress. Met behulp van artificiële intelligentie slaagden ze erin om voor het eerst een beeldvormingsgebaseerde biomarker te ontwikkelen die chronische stress direct zichtbaar maakt op standaard medische beelden. De bevindingen worden volgende week gepresenteerd tijdens de jaarlijkse bijeenkomst van de Radiological Society of North America (RSNA).
**Chronische stress: meer dan alleen een humeurskwestie**
Chronische stress heeft volgens de American Psychological Association gevolgen die veel verder reiken dan alleen stemmingsschommelingen. Het kan zowel de fysieke als mentale gezondheid beïnvloeden en bijdragen aan problemen zoals angst, slaapproblemen, spierpijn, hoge bloeddruk en een verzwakt immuunsysteem. Eerder onderzoek heeft chronische stress ook in verband gebracht met ernstige aandoeningen zoals hartziekte, depressie en obesitas.
**AI meet bijnieren op routinescans**
Dr. Elena Ghotbi, hoofdauteur van het onderzoek en postdoctoraal onderzoeksfellow aan de Johns Hopkins University School of Medicine in Baltimore, ontwikkelde en trainde een deep learning-tool die specifiek ontworpen is om de grootte van de bijnieren te berekenen aan de hand van reeds uitgevoerde CT-scans.
“Onze aanpak maakt gebruik van breed beschikbare beeldvormingsgegevens en opent de deur naar grootschalige evaluaties van de biologische impact van chronische stress bij verschillende aandoeningen, gebruikmakend van bestaande thorax-CT-scans,” aldus Dr. Ghotbi. “Deze AI-gestuurde biomarker heeft het potentieel om cardiovasculaire risicostratificatie te verbeteren en preventieve zorg te sturen zonder extra tests of straling.”
Jaarlijks worden alleen al in de Verenigde Staten tientallen miljoenen thorax-CT-scans uitgevoerd, wat het potentieel van deze nieuwe methode onderstreept.
**Zichtbaar maken van de stressbelasting**
Senior auteur Dr. Shadpour Demehri, professor radiologie aan Johns Hopkins, benadrukt dat chronische stress uiterst gewoon is en iets dat veel volwassenen dagelijks ervaren.
“Voor het eerst kunnen we de langetermijnlast van stress in het lichaam ‘zien’, met behulp van een scan die patiënten dagelijks krijgen in ziekenhuizen door het hele land. Tot nu toe hadden we geen manier om de cumulatieve effecten van chronische stress te meten en te kwantificeren, behalve vragenlijsten, surrogaat serummarkers zoals chronische ontsteking, en cortisolmeting, wat zeer omslachtig is om te verkrijgen.”
In tegenstelling tot een eenmalige cortisoltest, die stress op slechts één tijdstip weergeeft, functioneert de grootte van de bijnieren meer als een langetermijnmeter van chronische stress.
**Grootschalig multi-etnisch onderzoek**
Voor dit onderzoek analyseerde het team informatie van 2.842 deelnemers (gemiddelde leeftijd 69,3 jaar; 51{8f6ef3fefdd3949173f51d7e15f2cf03cb58c7ea335d12bfe2cd63ab2ecce744} vrouwen) die waren ingeschreven in de Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis. Deze grootschalige studie combineert thorax-CT-beeldvorming, gevalideerde stressvragenlijsten, cortisolmetingen en indicatoren van allostatische belasting – de cumulatieve fysiologische en psychologische effecten van chronische stress op het lichaam.
De onderzoekers pasten hun deep learning-model toe op de CT-scans om automatisch het volume van de bijnieren te omlijnen en te meten. Ze definieerden de Adrenal Volume Index (AVI) als bijnierenvolume (cm³) gedeeld door lengte² (m²).
Om hormonale patronen vast te leggen, verstrekten deelnemers speekselcortisol acht keer per dag gedurende twee dagen. Allostatische belasting werd berekend met behulp van body mass index, creatinine, hemoglobine, albumine, glucose, aantal witte bloedcellen, hartslag en bloeddruk.
**AVI volgt stress, hormonen en hartrisico**
Het team onderzocht vervolgens hoe AVI gerelateerd was aan cortisol, allostatische belasting en een reeks psychosociale stressindicatoren, zoals depressiescores en vragenlijsten over waargenomen stress. Ze ontdekten dat de door het AI-model gegenereerde AVI overeenkwam met gevestigde stressvragenlijsten, met circulerende cortisolniveaus en met toekomstige nadelige cardiovasculaire gebeurtenissen.
Hogere AVI-waarden werden gekoppeld aan een grotere algemene cortisolblootstelling, hogere piek-cortisolniveaus en verhoogde allostatische belasting. Mensen die hoge niveaus van waargenomen stress rapporteerden, hadden een hogere AVI vergeleken met degenen die lage stress rapporteerden. AVI was ook verbonden met een hogere linkerventrikelmasse-index, een maat gerelateerd aan hartstructuur.
Voor elke toename van 1 cm³/m² in AVI steeg het risico op hartfalen en overlijden.
**Eerste gevalideerde beeldvormingsmarker**
“Met follow-upgegevens van maximaal 10 jaar van onze deelnemers konden we de AI-afgeleide AVI correleren met klinisch betekenisvolle en relevante uitkomsten,” zegt Dr. Ghotbi. “Dit is de allereerste beeldvormingsmarker van chronische stress die is gevalideerd en waarvan is aangetoond dat deze een onafhankelijke impact heeft op een cardiovasculaire uitkomst, namelijk hartfalen.”
Dr. Teresa Seeman, mede-auteur van het onderzoek en professor epidemiologie aan UCLA, plaatst de bevindingen in perspectief: “Al meer dan drie decennia weten we dat chronische stress het lichaam kan uitputten over meerdere systemen. Wat dit werk zo spannend maakt, is dat het een routinematig verkregen beeldvormingskenmerk, bijnierenvolume, koppelt aan gevalideerde biologische en psychologische maten van stress en toont dat het onafhankelijk een belangrijke klinische uitkomst voorspelt.”
**Praktische toepassing in dagelijkse zorgverlening**
Dr. Demehri legt uit dat het verbinden van een eenvoudige beeldvormingsmaatregel met verschillende gevestigde markers van stress en ziekte-uitkomsten een nieuwe, praktische benadering creëert voor het meten van chronische stress in de dagelijkse klinische praktijk.
“Het belangrijkste belang van dit werk is dat deze biomarker verkrijgbaar is uit CT-scans die breed worden uitgevoerd in de Verenigde Staten om verschillende redenen,” aldus Dr. Demehri. “Ten tweede is het een fysiologisch verantwoorde maat van bijnierenvolume, wat onderdeel is van de fysiologische cascade van chronische stress.”
**Toekomstperspectief**
De onderzoekers merken op dat deze beeldvormingsbiomarker mogelijk toegepast kan worden op veel stressgerelateerde ziekten die vaak voorkomen bij mensen van middelbare leeftijd en ouderen. Met de wijdverspreide beschikbaarheid van CT-scans en de mogelijkheid om bestaande beelden te analyseren, opent dit onderzoek nieuwe wegen voor de vroege detectie en monitoring van de gezondheidseffecten van chronische stress, zonder dat additionele tests of stralingsbelasting nodig zijn.