یک مطالعه جدید نشان می دهد که چگونه دانشمندان می توانند از هوش مصنوعی برای پیش بینی تأثیر سرطان بر احتمال شکستگی در امتداد ستون فقرات استفاده کنند.
در ایالات متحده، سالانه بیش از ۱.۶ میلیون مورد سرطان تشخیص داده می شود و حدود ۱۰٪ از این بیماران متاستاز ستون فقرات را تجربه می کنند. یکی از بزرگترین نگرانی های بالینی که بیماران با آن روبرو هستند، خطر شکستگی ستون فقرات به دلیل این تومورها است که می تواند منجر به درد شدید و بی ثباتی ستون فقرات شود.
سهیل صغراتی، یکی از نویسندگان این مطالعه گفت: شکستگی ستون فقرات خطر مرگ بیمار را تا حدود ۱۵ درصد افزایش می دهد. با پیش‌بینی نتیجه این شکستگی‌ها، تحقیقات ما به متخصصان پزشکی این فرصت را می‌دهد تا استراتژی‌های درمانی بهتری طراحی کنند و به بیماران کمک کنند تا تصمیم‌های آگاهانه‌تری بگیرند.»
صغراتی گفت: در حالی که بسیاری از تغییراتی که بدن در معرض ضایعات سرطانی قرار می گیرد هنوز یک راز است، با قدرت مدل سازی محاسباتی، دانشمندان می توانند ایده بهتری از آنچه برای ستون فقرات اتفاق می افتد به دست آورند.
مطالعه آن‌ها توضیح می‌دهد که چگونه محققان چارچوبی به کمک هوش مصنوعی به نام ReconGAN را برای ایجاد یک دوقلو دیجیتال یا بازسازی مجازی مهره‌های بیمار آموزش دادند.
برخلاف پرینت سه بعدی، که در آن یک مدل مجازی به یک جسم فیزیکی تبدیل می‌شود، مفهوم یک دوقلو دیجیتال شامل ساختن شبیه‌سازی کامپیوتری از همتای واقعی خود بدون ایجاد فیزیکی آن است. چنین شبیه‌سازی می‌تواند برای پیش‌بینی عملکرد آینده یک شی یا سیستم مورد استفاده قرار گیرد – در این مورد، مهره قبل از ترک‌خوردن تحت فشار، چه مقدار استرس می‌تواند متحمل شود.
با آموزش ReconGAN بر روی تصاویر MRI و micro-CT که با گرفتن تصاویر تکه به تکه از مهره های به دست آمده از یک جسد به دست آمده بود، محققان توانستند مدل های ریز ساختاری واقعی از ستون فقرات تولید کنند. تیم صغراتی با استفاده از شبیه سازی خود توانستند مدل را به صورت مجازی بزرگ کنند، قابلیتی که مطالعه می گوید برای درک و ترکیب تغییرات در کل شکل هندسی مهره ضروری است.
صغراتی گفت: «آنچه واقعاً کار را به روشی متمایز می‌سازد این است که ما با چه جزئیاتی توانستیم هندسه مهره را مدل کنیم. ما عملاً می‌توانیم همان استخوان را از یک مرحله به مرحله دیگر تکامل دهیم.»
برای رشته‌ای مانند ارتوپدی، استفاده از ابزار غیرتهاجمی مانند دوقلو دیجیتال می‌تواند به جراحان کمک کند تا درمان‌های جدید را درک کنند، سناریوهای جراحی مختلف را شبیه‌سازی کنند و تصور کنند که استخوان چگونه در طول زمان تغییر می‌کند، چه به دلیل ضعف استخوان یا به دلیل اثرات پرتوها. صغراتی افزود که دوقلو دیجیتال همچنین می تواند بر اساس نیازهای خاص بیمار تغییر یابد.
