De nouveaux outils pour améliorer notre compréhension du mal de dos
Le mal de dos représente un problème significatif qui est en augmentation en Europe. Dans les cas graves, la chirurgie peut être envisagée pour stabiliser la colonne vertébrale. Toutefois, déterminer quand et comment réaliser cette chirurgie reste très subjectif. Le projet iBack, financé par l’UE, a pour objectif d’élaborer des outils capables de définir automatiquement les propriétés biomécaniques de la colonne vertébrale à partir de scanners médicaux et devrait ainsi permettre aux chercheurs de mieux comprendre pourquoi certaines interventions réussissent tandis que d’autres échouent. Le radiologue et clinicien Jan Kirschke a endossé le rôle de coordinateur du projet. «Souvent, l’intervention du chirurgien consiste juste à modifier la structure biomécanique de la colonne vertébrale dans l’espoir de supprimer la douleur», dit-il. «C’est principalement fondé sur l’expérience clinique puisque nous ne savons pas, en l’état actuel des connaissances, déterminer l’état biomécanique exact d’un patient spécifique.»
Mesures opportunistes
Jan Kirschke et son équipe à l’Université technique de Munich (site web en allemand) ont observé plusieurs biomarqueurs d’imagerie décrits comme étant caractéristiques des propriétés biomécaniques du squelette, comme la densité minérale osseuse (DMO). C’est un facteur déterminant pour le succès d’une intervention chirurgicale sur la colonne vertébrale puisqu’il conditionne la bonne fixation des boulons et vis sur l’os. «Nous avons en effet démontré que de nombreux patients avaient une faible DMO: des cas pour lesquels nous n’aurions jamais suspecté cette anomalie sans avoir de mesures dédiées. Afin de sélectionner l’approche chirurgicale adaptée à ces patients et pour éviter des complications, nous devons pouvoir identifier les patients souffrant d’ostéoporose de manière fiable en utilisant les mesures quantitatives», explique Jan Kirschke. Lors de ce projet iBack, Jan Kirschke et son équipe ont mis au point un logiciel d’apprentissage automatique pour évaluer la DMO en utilisant les données tomodensitométriques provenant de chaque scanner. Le système est actuellement mis à la disposition des autres chercheurs, par exemple pour rechercher d’éventuels problèmes chirurgicaux. Jan Kirschke s’est vu attribuer une subvention de preuve de concept pour développer le logiciel qui fournira un produit cliniquement validé pour une utilisation pré-chirurgicale.
Conditions à remplir
La deuxième contribution essentielle du projet iBack a été d’établir un modèle biomécanique de la colonne vertébrale. «Ce modèle prend en compte l’information obtenue sur les os, les muscles, les ligaments, la masse corporelle ainsi que tous les paramètres anthropométriques principaux du patient. Il nous permet de simuler différentes activités comme marcher ou porter de lourdes charges, afin de calculer les forces réelles exercées sur chaque élément de la colonne vertébrale», déclare Jan Kirschke. L’équipe étudie maintenant comment ces conditions de charge s’exerçant à un niveau localisé sont corrélées au mal de dos et aux échecs chirurgicaux, le but étant de déterminer quel sera le meilleur implant mécanique à prévoir pour le patient. «D’autres études antérieures ont annoté manuellement des scanners, généralement moins de 10 scanners, et on avait atteint la limite de ce qu’il était alors possible de faire», ajoute Jan Kirschke. «Avec nos algorithmes, nous pouvons traiter plusieurs milliers de patients en quelques jours. Ce qui va considérablement augmenter nos possibilités.» Les travaux ont été soutenus par le Conseil européen de la recherche. «Lorsque j’ai démarré ce projet, il y a sept ans, l’IA n’était pas encore très développée. Elle a vraiment fait des progrès depuis.» Jan Kirschke étudie maintenant la possibilité d’analyser de grandes séries de données, comme la cohorte nationale allemande, qui contient des scanners IRM à haute résolution provenant de 30 000 participants. «Ce serait parfaitement logique d’appliquer ces techniques à ce type de données épidémiologiques disponibles à grande échelle pour en savoir plus et approfondir notre compréhension de base concernant le mal de dos», conclut-il.
Mots‑clés
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