如何使用人工智能預(yù)測(cè)癌癥患者的骨折

隨著醫(yī)學(xué)繼續(xù)采用機(jī)器學(xué)習(xí)，一項(xiàng)新的研究表明科學(xué)家可以如何使用人工智能來(lái)預(yù)測(cè)癌癥如何影響脊柱骨折的概率。

在美國(guó)，每年診斷出超過(guò) 160 萬(wàn)例癌癥病例，其中約 10% 的患者經(jīng)歷脊柱轉(zhuǎn)移——當(dāng)疾病從身體其他部位擴(kuò)散到脊柱時(shí)?；颊呙媾R的最大臨床問(wèn)題之一是這些腫瘤導(dǎo)致脊柱骨折的風(fēng)險(xiǎn)，這可能導(dǎo)致嚴(yán)重的疼痛和脊柱不穩(wěn)定。

“脊柱骨折使患者死亡的風(fēng)險(xiǎn)增加了約 15%，”該研究的合著者、俄亥俄州立大學(xué)機(jī)械與航空航天工程副教授 Soheil Soghrati 說(shuō)。“通過(guò)預(yù)測(cè)這些骨折的結(jié)果，我們的研究為醫(yī)學(xué)專(zhuān)家提供了設(shè)計(jì)更好治療策略的機(jī)會(huì)，并幫助患者做出更明智的決定。”

Soghrati 說(shuō)，雖然身體在暴露于癌性病變時(shí)所經(jīng)歷的許多變化仍然是一個(gè)謎，但借助計(jì)算建模的力量，科學(xué)家們可以更好地了解脊柱發(fā)生了什么變化。

他們的研究發(fā)表在國(guó)際生物醫(yī)學(xué)工程數(shù)值方法雜志上，描述了研究人員如何訓(xùn)練一個(gè)名為 ReconGAN 的人工智能輔助框架來(lái)創(chuàng)建數(shù)字雙胞胎，或?qū)颊咦倒沁M(jìn)行虛擬重建。

與將虛擬模型變成物理對(duì)象的3D 打印不同，數(shù)字雙胞胎的概念涉及在不創(chuàng)建物理對(duì)象的情況下對(duì)其現(xiàn)實(shí)生活中的對(duì)應(yīng)物進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。這種模擬可以用來(lái)預(yù)測(cè)物體或系統(tǒng)的未來(lái)性能——在這種情況下，椎骨在壓力下破裂之前可以承受多少壓力。

通過(guò)對(duì)從尸體上獲取的椎骨的逐層照片進(jìn)行 MRI 和顯微 CT 圖像訓(xùn)練 ReconGAN，研究人員能夠生成逼真的脊柱微結(jié)構(gòu)模型。使用他們的模擬，Soghrati 的團(tuán)隊(duì)還能夠虛擬地?cái)U(kuò)大模型，該研究表示，這種能力對(duì)于理解和整合整個(gè)椎骨幾何形狀的變化是必不可少的。

Soghrati 說(shuō)：“真正使這項(xiàng)工作以獨(dú)特的方式進(jìn)行的是我們能夠?qū)ψ倒堑膸缀涡螤钸M(jìn)行建模的詳細(xì)程度。”“我們幾乎可以將同一塊骨頭從一個(gè)階段進(jìn)化到另一個(gè)階段。”

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