Tại Hoa Kỳ, hơn 1,6 triệu trường hợp ung thư được chẩn đoán hàng năm và khoảng 10% trong số đó bị di căn cột sống - khi căn bệnh lây lan từ các vị trí khác trong cơ thể đến cột sống. Một trong những mối quan tâm lâm sàng lớn nhất mà bệnh nhân phải đối mặt là nguy cơ gãy cột sống do những khối u này, có thể dẫn đến đau dữ dội và mất ổn định cột sống.

Mặc dù nhiều thay đổi mà cơ thể phải trải qua khi tiếp xúc với các tổn thương ung thư vẫn còn là một bí ẩn, nhưng với sức mạnh của mô hình tính toán, các nhà khoa học có thể hiểu rõ hơn về những gì đang xảy ra với cột sống.

Nghiên cứu được công bố trên Tạp chí Quốc tế về Phương pháp Số trong Kỹ thuật Y sinh, mô tả cách các nhà nghiên cứu đã đào tạo một khuôn khổ được hỗ trợ bởi AI có tên gọi là ReconGAN để tạo ra một cặp song sinh kỹ thuật số hoặc tái tạo đốt sống ảo cho bệnh nhân.

Không giống như in 3D, trong đó một mô hình ảo được biến thành một vật thể vật lý, khái niệm về một cặp song sinh kỹ thuật số liên quan đến việc xây dựng một mô phỏng máy tính của đối tác ngoài đời thực của nó mà không cần tạo ra nó về mặt vật lý. Mô phỏng có thể được sử dụng để dự đoán hiệu suất trong tương lai của một đối tượng hoặc hệ thống - trong trường hợp này là mức độ căng mà đốt sống có thể chịu trước khi bị nứt dưới áp lực.

Bằng cách đào tạo ReconGAN về hình ảnh MRI và vi-CT thu được bằng cách chụp ảnh từng lát đốt sống thu được từ một tử thi, các nhà nghiên cứu đã có thể tạo ra các mô hình cấu trúc vi mô thực tế của cột sống. Bằng cách sử dụng mô phỏng, nhóm nghiên cứu cũng có thể phóng to mô hình để hiểu và kết hợp các thay đổi vào toàn bộ hình dạng hình học của đốt sống.

Trong trường hợp này, các nhà nghiên cứu đã sử dụng hình ảnh chụp CT / MRI từ một bệnh nhân nữ ung thư phổi 51 tuổi có ung thư đã di căn để mô phỏng điều gì có thể xảy ra nếu ung thư làm suy yếu một số đốt sống và điều đó sẽ ảnh hưởng đến mức độ căng thẳng của xương trước khi gãy.

Mô hình dự đoán các bộ phận của đốt sống sẽ mất đi bao nhiêu sức mạnh do khối u, cũng như những thay đổi khác có thể xảy ra khi bệnh ung thư tiến triển. Một số dự đoán đã được xác nhận bởi các quan sát lâm sàng ở bệnh nhân ung thư.

Đối với lĩnh vực như chỉnh hình, việc sử dụng một công cụ không xâm lấn như máy sinh đôi kỹ thuật số có thể giúp bác sĩ phẫu thuật hiểu các liệu pháp mới, mô phỏng các tình huống phẫu thuật khác nhau và hình dung xương sẽ thay đổi như thế nào theo thời gian, do xương yếu hoặc do tác động của bức xạ. Cặp song sinh kỹ thuật số cũng có thể được sửa đổi theo nhu cầu của từng bệnh nhân.

Nhưng đây chỉ là một nghiên cứu khả thi và cần phải làm việc nhiều hơn nữa. ReconGAN được đào tạo về dữ liệu chỉ từ một mẫu tử thi và cần nhiều dữ liệu hơn nữa để hoàn thiện AI.

ctngoc