Στις ΗΠΑ, πάνω από 1,6 εκατ. περιστατικά καρκίνου διαγιγνώσκονται κάθε χρόνο και περίπου 10% αυτών των ασθενών βιώνουν μετάσταση της σπονδυλικής στήλης - όταν η ασθένεια διασπείρεται από άλλα μέρη του σώματος στη σπονδυλική στήλη. Μία από τις μεγαλύτερες κλινικές ανησυχίες που αντιμετωπίζουν οι ασθενείς είναι ο κίνδυνος καταγμάτων στη σπονδυλική στήλη λόγω αυτών των όγκων, που μπορεί να οδηγήσουν σε σοβαρό πόνο και αστάθεια της σπονδυλικής στήλης.
«Το κάταγμα σπονδυλικής στήλης αυξάνει τον κίνδυνο θανάτου του ασθενή κατά 15% Προβλέποντας το αποτέλεσμα αυτών των καταγμάτων, η έρευνά μας προσφέρει στους ειδικούς την ευκαιρία να σχεδιάσουν καλύτερες στρατηγικές θεραπείας και βοηθάει τους ασθενείς να πάρουν καλύτερες αποφάσεις» ανέφερε ο συν-συγγραφέας της μελέτης, Soheil Soghrati.
Ενώ πολλές από τις αλλαγές που υφίσταται το σώμα όταν εκτίθεται σε καρκινικές βλάβες εξακολουθούν να αποτελούν μυστήριο, με τη δύναμη της υπολογιστικής μοντελοποίησης, οι επιστήμονες μπορούν να αποκτήσουν μια καλύτερη ιδέα για το τι συμβαίνει στη σπονδυλική στήλη, δήλωσε ο Soghrati.
Η μελέτη τους, που δημοσιεύθηκε στο International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, περιγράφει πώς οι ερευνητές εκπαίδευσαν ένα πλαίσιο υποβοηθούμενο από την τεχνητή τεχνολογία που ονομάζεται ReconGAN για να δημιουργήσουν ένα ψηφιακό δίδυμο ή μια εικονική ανακατασκευή του σπονδύλου ενός ασθενούς.
Σε αντίθεση με την τρισδιάστατη εκτύπωση, όπου ένα εικονικό μοντέλο μετατρέπεται σε φυσικό αντικείμενο, η έννοια ενός ψηφιακού δίδυμου περιλαμβάνει τη δημιουργία μιας προσομοίωσης υπολογιστή του πραγματικού ομολόγου του χωρίς να το δημιουργεί φυσικά. Μια τέτοια προσομοίωση μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την πρόβλεψη της μελλοντικής απόδοσης ενός αντικειμένου ή συστήματος - σε αυτή την περίπτωση, πόση πίεση μπορεί να αντέξει ο σπόνδυλος πριν σπάσει από την πίεση.
Εκπαιδεύοντας το ReconGAN σε εικόνες μαγνητικής τομογραφίας και μικρο-αξονικής τομογραφίας που ελήφθησαν με τη λήψη εικόνων από φέτες σπονδύλων που αποκτήθηκαν από ένα πτώμα, οι ερευνητές ήταν σε θέση να δημιουργήσουν ρεαλιστικά μικρο-δομικά μοντέλα της σπονδυλικής στήλης. Χρησιμοποιώντας την προσομοίωση τους, η ομάδα του Soghrati ήταν επίσης σε θέση να διευρύνει ουσιαστικά το μοντέλο, μια ικανότητα που η μελέτη λέει ότι είναι επιτακτική για την κατανόηση και την ενσωμάτωση αλλαγών στο σύνολο του γεωμετρικού σχήματος ενός σπονδύλου.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν CT/MRI ακτινογραφίες από 51χρονη ασθενή με καρκίνο του πνεύμονα και της οποίας ο καρκίνος είχε κάνει μετάσταση, για να προσομοιώσουν τι θα συνέβαινε αν ο καρκίνος αποδυνάμωνε μερικούς από τους σπονδύλους και πώς αυτό θα επηρέαζε το πόση πίεση θα μπορούσαν να αντέξουν τα οστά πριν από τη ρωγμή.
Το μοντέλο προέβλεψε πόση δύναμη θα χάσουν τα μέρη του σπονδύλου ως αποτέλεσμα των όγκων, καθώς και άλλες αλλαγές που θα μπορούσαν να αναμένονται καθώς προχωρούσε ο καρκίνος. Ορισμένες από τις προβλέψεις τους επιβεβαιώθηκαν από κλινικές παρατηρήσεις σε καρκινοπαθείς.
Για έναν τομέα όπως η ορθοπεδική, η χρήση ενός μη επεμβατικού εργαλείου όπως το ψηφιακό δίδυμο μπορεί να βοηθήσει τους χειρουργούς να κατανοήσουν νέες θεραπείες, να προσομοιώσουν διαφορετικά χειρουργικά σενάρια και να προβλέψουν πώς το οστό θα αλλάξει με την πάροδο του χρόνου, είτε λόγω αδυναμίας των οστών είτε λόγω των επιπτώσεων της ακτινοβολίας. Το ψηφιακό δίδυμο μπορεί επίσης να τροποποιηθεί στις ειδικές ανάγκες του ασθενούς, δήλωσε ο Soghrati.
«Απώτερος στόχος είναι η ανάπτυξη ενός ψηφιακού δίδυμου σε οτιδήποτε μπορεί να χειρουργήσει ένας χειρουργός», ανέφερε. «Αυτή τη στιγμή, χρησιμοποιούνται μόνο για πολύ, πολύ δύσκολες χειρουργικές επεμβάσεις, αλλά θέλουμε να βοηθήσουμε στη λειτουργία αυτών των προσομοιώσεων και να συντονίσουμε αυτές τις παραμέτρους ακόμα περισσότερο».
Ωστόσο, αυτή ήταν απλά μια μελέτη σκοπιμότητας και απαιτείται πολύ περισσότερη δουλειά, δήλωσε ο Σογκράτι. Το ReconGAN εκπαιδεύτηκε σε δεδομένα από ένα μόνο πτωματολογικό δείγμα και απαιτούνται περισσότερα δεδομένα για την τελειοποίηση της τεχνητής θέσης.
ΠΗΓΗ: digitalhealthnews
