Ortopedski hirurzi i biomedicinski inženjeri su obučeni da pristupe bolu u kukovima adolescenata i mladih odraslih osoba iz dve različite perspektive. Hirurzi obično posmatraju stanja kao što su femoroacetabularni impingement (FAI) i displazija kuka sa kliničke tačke gledišta. Inženjeri se češće fokusiraju na tehnološki ugao.
Ove dve perspektive su se spojile u Bostonskoj dečijoj bolnici, što je rezultiralo alatom koji bi mogao da poboljša dijagnozu i kliničko planiranje za pacijente kuka širom sveta.
Dve decenije podataka o hipu dostupnim pomoću veštačke inteligencije
VirtualHip je softverska platforma koja koristi veštačku inteligenciju (AI) i 3D slike za podršku dijagnozi i lečenju deformiteta kukova kod dece. Ideja je izrasla iz razgovora između dr Ata Kiapour, direktora Bostonske dečje mišićnoskeletne informatičke grupe i dr Jang-Jo Kim, direktora Programa za očuvanje kukova dece i odraslih, koji su započeli 2017. godine.
„Počeo sam da pratim hirurge u timu za očuvanje kuka da razumem kako oni rade i kako tehnologija može da pomogne“, kaže Kiapour. Čineći to, otkrio je neispunjenu kliničku potrebu za personalizovanom dijagnozom i planiranjem lečenja. Takođe je otkrio u velikoj meri neiskorišćen izvor podataka: slike i kliničke beleške o više od 10.000 pacijenata kuka iz poslednjih 20 godina.
Potencijal takvih podataka je uporediv sa lekarom koji je lečio hiljade deformiteta kuka i sve ih pamti do detalja, kaže Kiapour. „Taj lekar može da pogleda klinički profil pacijenta i da vam kaže: ‘Ovako smo tretirali pacijente i otkrili da ovaj pristup najbolje funkcioniše’.
Ali pošto istorijski podaci o pacijentima nisu bili pretraživi, oni su uglavnom bili nedostupni. Da bi otključao svoj potencijal, VirtualHip koristi AI za obradu istorijskih kliničkih zapisa i uparivanje trenutnih pacijenata sa prošlim pacijentima sličnih kliničkih profila. Ovi istorijski, deidentifikovani dosijei pacijenata pružiće važne uvide dok hirurzi postavljaju dijagnozu i planiraju tretmane za svoje trenutne pacijente. To je jedan aspekt VirtualHip-a. Drugi aspekt uključuje sveobuhvatnu analizu 3D slike.
Da bi dijagnostikovali deformitete kuka, ortopedski hirurzi se obično oslanjaju na fizički pregled i dijagnostičko snimanje. Dok su neki deformiteti kuka lako vidljivi putem MRI ili CT skeniranja, mnogi nisu. Dalje, uticaj nekih deformiteta kuka često zavisi od položaja kuka. U slučaju FAI, na primer, kuk može biti bolan samo kada je u pokretu, a kosti se trljaju jedna uz drugu.
Ograničenja tradicionalnog dijagnostičkog snimanja takođe komplikuju odluke o lečenju. Da li fizikalna terapija može da reši problem ili je pacijentu potrebna operacija? U slučaju impindžmenta, koliko kosti treba da se ukloni da bi kuk mogao slobodno da se kreće bez bolova? U slučaju displazije, pod kojim uglom hirurg treba da rotira acetabulum (utičnicu kuka) tako da glava butne kosti bezbedno stane u utičnicu?
VirtualHip koristi magnetnu rezonancu ili CT da bi napravio 3D model zgloba kuka, a zatim koristi ovaj model da automatski generiše sveobuhvatan skup merenja strukture kuka. Ovi podaci, u kombinaciji sa informacijama sa kliničkog pregleda, pružaju sveobuhvatan pregled kuka i područja na kojima je došlo do udara ili nestabilnosti. Hirurzi će moći da odrede lokaciju i težinu deformiteta sa nivoom preciznosti koji danas nije moguć.
„Kada budete imali 3D model, moći ćete da zatražite od softvera da simulira pun opseg pokreta“, objašnjava Kiapour. „Ovo su složeni obrasci koji nisu očigledni na 2D slikama.“
Uz detaljnu analizu strukture kuka i opsega pokreta, VirtualHip će uporediti analizu sa uporedivim istorijskim podacima o pacijentima kako bi pružio informacije o ishodima povezanim sa različitim pristupima lečenja. Takvo detaljno znanje moglo bi da pomogne u poboljšanju preciznosti procedura za očuvanje kuka, pomažući hirurzima da izbegnu prevelike ili nedostatke korekcije. „Naš cilj je da pružimo detaljne informacije kako bi hirurzi mogli da isplaniraju najbolji tretman za svakog pacijenta“, kaže Kiapour.
Kiapour ističe da VirtualHip nije prva platforma za analizu udara kuka, ali da nudi jedinstvene mogućnosti, uključujući automatsko generisanje detaljnih merenja bez oslanjanja na tehničara. Takođe može da proceni pacijentov rizik od udara ili nestabilnosti u širokom spektru kretanja i da obradi istorijske podatke o pacijentu da bi pružio personalizovanu analizu i predloge za lečenje.
Uvidi koji pružaju informacije o razvoju i usavršavanju ovih i drugih sposobnosti su izrasli iz tekuće saradnje između dečjih ortopedskih hirurga, radiologa i inženjera iz Bostona. Već pet godina i dalje, Kiapour i njegov tim blisko sarađuju sa dr Kimom i dr Eduardom Novaisom iz tima za očuvanje kuka i dr Sarom Biksbi iz radiologije.
„Kliničari su krajnji korisnici ove platforme, tako da je njihovo držanje u toku tokom razvoja neophodno kako bi se osiguralo da će platforma zadovoljiti njihove potrebe“, kaže Kiapour. Radeći zajedno, tim je razvio tehnički ispravnu platformu koja pruža klinički relevantne informacije u formatu prilagođenom kliničarima. „Blagosloveni smo što radimo u okruženju gde se multidisciplinarna saradnja veoma podstiče, a kliničari su željni da učestvuju u istraživanju prevođenja.“
Kombinovani tim nastavlja da razvija i validira prototip kako bi se mogao koristiti u kliničkom okruženju. Krajnji cilj je da se VirtualHip učini dostupnim za široku upotrebu u centrima za lečenje kuka. Projekat bi takođe mogao da najavi novu upotrebu nauke o podacima u pedijatrijskoj ortopedskoj nezi: korišćenje veštačke inteligencije kako bi lekcije istorijskih podataka o pacijentima bile dostupne hirurzima dok planiraju negu svojih pacijenata.
