Печать
Категория: Новости
Просмотров: 390

Поскольку медицина продолжает использовать машинное обучение, новое исследование показывает, как ученые могут использовать искусственный интеллект для прогнозирования того, как рак может повлиять на вероятность переломов позвоночника.

В США ежегодно диагностируется более 1,6 млн случаев рака, и около 10% этих пациентов имеют метастазы в кости позвоночника. Одной из самых больших клинических проблем, с которыми сталкиваются пациенты, является риск переломов позвонков из-за этих опухолей, что может привести к сильной боли и нестабильности позвоночника.

Сохейл Сограти, соавтор исследования и доцент кафедры машиностроения и аэрокосмической инженерии в Университете штата Огайо, прокомментировал следующим образом: «Перелом позвоночника увеличивает риск смерти пациента примерно на 15%. Прогнозируя исход этих переломов, наше исследование дает медицинским экспертам возможность разработать более эффективные стратегии лечения и помочь пациентам принимать более обоснованные решения».

По словам Сограти, хотя все еще остаются загадкой многие изменения, которые претерпевает организм при злокачественном поражении,  с помощью компьютерного моделирования ученые могут получить лучшее представление о том, что происходит с позвоночником.

Исследование, опубликованное в International Journal for Numerical Methods in Biomedical Engineering, описывает, как ученые обучили систему ReconGAN с поддержкой искусственного интеллекта для создания цифрового двойника или виртуальной реконструкции позвонка пациента.

В отличие от 3D-печати, где виртуальная модель превращается в физический объект, концепция цифрового двойника предполагает создание компьютерной симуляции его реального аналога без его физического создания. Такое моделирование может быть использовано для прогнозирования будущей производительности объекта или системы — в данном случае, того, какое напряжение может выдержать позвонок, прежде чем разрушится под давлением.

Обучая ReconGAN изображениям МРТ и микро-компьютерной томографии, полученным путем фотографирования позвонков, полученных из трупа, исследователи смогли создать реалистичные микроструктурные модели позвоночника. Используя свое моделирование, команда Сограти также смогла виртуально увеличить модель, что, как говорится в исследовании, необходимо для понимания и учета изменений во всей геометрической форме позвонка. По словам Сограти, теперь ученые могут практически эволюционировать одну и ту же кость от одной стадии к другой.

В этом случае исследователи использовали КТ / МРТ 51-летней больной раком легких с метастазами, чтобы смоделировать, что может произойти, если рак ослабит некоторые позвонки, и как это повлияет на то, какую нагрузку могут выдержать кости перед переломом. Модель предсказала, сколько прочности потеряют части позвонка в результате опухолей, а также другие изменения, которые можно было ожидать по мере прогрессирования рака. Некоторые из этих прогнозов были подтверждены клиническими наблюдениями за онкологическими больными.

В ортопедии использование такого неинвазивного инструмента как цифровой двойник может помочь хирургам понять новые методы лечения, смоделировать различные хирургические сценарии и представить, как кость будет меняться со временем, либо из-за слабости кости, либо из-за воздействия радиации. По словам Сограти, цифровой двойник также может быть изменен в соответствии с конкретными потребностями пациента: «Конечная цель - разработать цифровой двойник всего, что может оперировать хирург. Прямо сейчас они используются только для очень, очень сложных операций, но мы хотим помочь запустить эти симуляции и еще больше настроить эти параметры».

Источник