Fratture vertebrali? Prevedibili con l’intelligenza artificiale

MIELOMA MULTIPLO

Fratture vertebrali? Prevedibili con l’intelligenza artificiale

Le metastasi spinali sono un outcome sperimentato da circa il 10% dei pazienti oncologici e in alcuni casi possono determinare fratture lungo la colonna vertebrale e aumentare il rischio di morte del paziente di circa il 15%. Conoscere chi è più a rischio potrebbe consentire ai clinici di mettere a punto strategie di trattamento ed ai pazienti di prendere decisioni informate in previsione di un simile outcome.

Secondo un piccolo studio di fattibilità guidato dai ricercatori della Ohio State University, questo è un campo dove l’intelligenza artificiale potrebbe aiutare a capire cosa stia succedendo alla colonna vertebrale in seguito all’aggressione tumorale. Uno studio di fattibilità è uno studio mirato a verificare se un dispositivo funziona, capirne l’applicabilità, individuare se e quali miglioramenti si possono fare al disegno dello studio o al dispositivo prima di una reale sperimentazione. Questo studio è stato pubblicato sull’International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering e mostra come i ricercatori abbiano allenato un programma di intelligenza artificiale (chiamato ReconGAN) a creare un gemello digitale, una ricostruzione virtuale delle vertebre del paziente interessate da una metastasi spinale.

A differenza della stampa 3D, in cui un modello virtuale viene trasformato in un oggetto fisico, il concetto di gemello digitale prevede la costruzione di una simulazione al computer della sua controparte reale senza che questa venga davvero creata fisicamente. Tale simulazione può essere utilizzata per prevedere quanto stress può sopportare una vertebra prima di rompersi quando sottoposta a pressione.

Allenando ReconGAN su immagini ottenute tramite risonanza magnetica e micro-tomografia computerizzata di una paziente di 51 anni con metastasi spinali, i ricercatori sono stati in grado di generare modelli microstrutturali realistici della colonna vertebrale. Questi modelli hanno permesso loro di simulare l’indebolimento delle vertebre e determinare la quantità di stress che le vertebre possono sopportare prima di fratturarsi. Gli studiosi hanno poi confrontato i loro risultati, confermandoli, con osservazioni cliniche in pazienti oncologici.

A rendere particolarmente valido il lavoro, secondo i ricercatori, è il dettaglio raggiunto della geometria della vertebra e la possibilità di evolvere virtualmente questa geometria attraverso diversi stadi della malattia. Utilizzando la loro simulazione, il team di Soghrati è stato anche in grado di ingrandire virtualmente il modello, una capacità che sembra essere fondamentale per comprendere e incorporare i cambiamenti nell'intera forma geometrica di una vertebra.

Come detto, questo era solo uno studio di fattibilità, che ha verificato la potenziale utilità di un simile approccio. Purtroppo prima di poter avere un dispositivo in grado di fare previsioni affidabili serviranno non solo ulteriori studi ma soprattutto molti più dati con cui allenare eventuali programmi di intelligenza artificiale.

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Bibliografia e Fonti:

International Myeloma Foundation. Bone disease (Ultimo accesso 13 Luglio 2022).
Cancer.Net. Multiple Myeloma: Stages, Agosto 2021.
Cancer Council. www.cancercouncil.com.au/wp-content/uploads/2014/05/Understanding-Myeloma-2020-1.pdf Understanding Myeloma, Settembre 2020.
Liu R, Zhong Y, Chen R, et al. Bacterial infections exacerbate myeloma bone disease. Journal of Translational Medicine, 2022 6 Gennaio; 20(1): 16. doi: 10.1186/s12967-021-03187-5.