Nuovi strumenti per migliorare la nostra comprensione del dolore alla schiena
Il dolore alla schiena è un problema significativo e in crescita in Europa. Nei casi più gravi, può essere necessario ricorrere ad interventi chirurgici per stabilizzare la colonna vertebrale, tuttavia, sapere quando e come eseguirli resta una questione estremamente soggettiva. Il progetto iBack, finanziato dall’UE, si è proposto di costruire strumenti in grado di caratterizzare automaticamente le proprietà biomeccaniche della colonna vertebrale a partire da scansioni mediche, fornendo ai ricercatori una migliore comprensione delle motivazioni del successo o meno di un intervento. Il radiologo clinico Jan Kirschke ha svolto il ruolo di coordinatore del progetto. «Spesso, tutto ciò che fa un chirurgo consiste nel modificare la configurazione biomeccanica della spina e sperare che il dolore passi», afferma. «Ciò si basa principalmente sull’esperienza clinica e non siamo attualmente in grado di determinare l’esatta situazione biomeccanica in un singolo paziente».
Misurazioni opportunistiche
Kirschke e il suo team presso il Politecnico di Monaco di Baviera (sito web in tedesco) hanno analizzato diversi biomarcatori basati sulle immagini noti per la loro corrispondenza a proprietà biochimiche dello scheletro, quali la densità minerale ossea. Si tratta di un fattore fondamentale nel successo della chirurgia alla spina dorsale, poiché condiziona il modo in cui bulloni e viti aderiranno all’osso. «Abbiamo scoperto che molti pazienti soffrivano infatti di bassa densità minerale ossea: si tratta di casi che non sarebbero mai stati ipotizzati senza apposite misurazioni. Per selezionare l’approccio chirurgico appropriato in questi pazienti, ed evitare complicazioni, dobbiamo identificare i pazienti affetti da osteoporosi in modo affidabile, attraverso misurazioni quantitative», spiega Kirschke. Attraverso il progetto iBack, Kirschke e il suo team hanno sviluppato un software di apprendimento automatico per valutare la densità minerale ossea ricorrendo a dati delle TAC provenienti da qualsiasi scanner. Il sistema è attualmente aperto all’uso da parte di altri ricercatori con l’obiettivo, ad esempio, di esaminare l’esito degli interventi chirurgici. Kirschke ha ricevuto una sovvenzione «proof of concept» per lo sviluppo del software verso un prodotto clinicamente convalidato per l’utilizzo pre-operatorio.
Condizioni di carico
Il secondo contributo principale del progetto iBack consisteva nello stabilire un modello biomeccanico della colonna vertebrale. «Questo modello integra informazioni provenienti dalle ossa, dai muscoli, dai legamenti, dal peso corporeo, da tutti gli importanti parametri antropometrici del paziente e ci consente di simulare diverse azioni quali deambulare o trasportare carichi pesanti, al fine di calcolare le forze reali per ogni componente della colonna vertebrale», afferma Kirschke. Il team sta ora esaminando il modo in cui queste condizioni di carico locale sono correlate al dolore alla schiena e all’esito negativo dell’intervento, con l’obiettivo di prevedere l’impianto meccanico più adeguato per il paziente. «In precedenza, alcuni studi annotavano a mano queste scansioni, generalmente inferiori a dieci, e si giungeva al capolinea di ciò che era possibile», aggiunge Kirschke. «Grazie ai nostri algoritmi, siamo in grado di elaborare diverse migliaia di pazienti in pochi giorni e ciò estende notevolmente le nostre possibilità». Il lavoro del progetto è stato sostenuto dal Consiglio europeo della ricerca. «Quando ho iniziato il progetto, sette anni fa, l’intelligenza artificiale non era gran cosa. Si è davvero sviluppata nel frattempo». Kirschke sta ora esaminando la possibilità di esplorare grandi set di dati quali la coorte nazionale tedesca, che contiene scansioni RMI a elevata risoluzione di 30 000 partecipanti. «Avrebbe perfettamente senso applicare queste tecniche a quel tipo di dati epidemiologici su vasta scala, per svelare ulteriori informazioni in merito alla nostra comprensione di base del dolore alla schiena», conclude.
Parole chiave
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