使用人工智能预测癌症患者的骨折

随着医学继续采用机器学习，一项新的研究表明科学家可以如何使用人工智能来预测癌症如何影响脊柱骨折的概率。 在，每年诊断出超过 160 万例癌症病例，其中约 10% 的患者经历脊柱转移——当疾病从身体其他部位扩散到脊柱时。患者面临的最大临床问题之一是这些肿瘤导致脊柱骨折的风险，这可能导致严重的疼痛和脊柱不稳定。

“脊柱骨折使患者死亡的风险增加了约 15%，”该 研究的合著者、俄亥俄州立大学机械与航空航天工程副教授 Soheil Soghrati说。“通过预测这些骨折的结果，我们的研究为医学专家提供了设计更好治疗策略的机会，并帮助患者做出更明智的决定。”

Soghrati 说，虽然身体在暴露于癌性病变时所经历的许多变化仍然是一个谜，但借助计算建模的力量，科学家们可以更好地了解脊柱发生了什么变化。

他们的研究发表在 国际生物医学工程数值方法杂志上，描述了研究人员如何训练一个名为 ReconGAN 的人工智能辅助框架来创建数字双胞胎或患者椎骨的虚拟重建。

与将虚拟模型变成物理对象的 3D 打印不同， 数字双胞胎的概念 涉及在不创建物理对象的情况下对其现实生活中的对应物进行计算机模拟。这种模拟可用于预测物体或系统的未来性能——在这种情况下，椎骨在压力下破裂之前可以承受多少压力。

通过对从尸体获取的椎骨的逐层照片进行 MRI 和显微 CT 图像训练 ReconGAN，研究人员能够生成逼真的脊柱微结构模型。使用他们的模拟，Soghrati 的团队还能够虚拟地扩大模型，该研究表示，这种能力对于理解和整合整个椎骨几何形状的变化是必不可少的。

Soghrati 说：“真正使这项工作以独特方式完成的是我们能够对椎骨的几何形状进行建模的详细程度。” “我们几乎可以将同一块骨头从一个阶段进化到另一个阶段。”

在这种情况下，研究人员使用了一名 51 岁女性肺癌患者的 CT/MRI 扫描，该患者的癌症已经转移，以模拟如果癌症削弱了某些椎骨会发生什么，以及这将如何影响骨骼承受的压力。压裂前。

该模型预测了由于肿瘤以及随着癌症进展而可能发生的其他变化，椎骨的强度部分会损失多少。他们的一些预测得到了癌症患者临床观察的证实。

对于像骨科这样的领域，使用像数字双胞胎这样的非侵入性工具可以帮助外科医生了解新疗法，模拟不同的手术场景，并设想骨骼将如何随着时间的推移而变化，无论是由于骨骼脆弱还是由于辐射的影响。Soghrati 说，数字双胞胎也可以根据患者的特定需求进行修改。

“最终目标是为外科医生可能进行的所有手术开发数字双胞胎，”他说。“目前，它们仅用于非常、非常具有挑战性的手术，但我们希望帮助运行这些模拟并进一步调整这些参数。”

但这只是一项可行性研究，还需要做更多的工作，Soghrati 说。ReconGAN 仅使用来自一个尸体样本的数据进行训练，并且需要更多数据来完善 AI。