Notícies

19 de setembre de 2024 - Informació general

L’Hospital del Mar i la UPF, amb el projecte Europeu Disc4All, creen una base de dades única al món de models 3D de la columna vertebral

La base de dades, accessible a tota la comunitat científica, conté 16.807 models de la part toracolumbar de la columna vertebral. Aquesta base de dades pot facilitar el disseny de models personalitzats per a pacients amb deformacions de la columna vertebral, millorant així el seu diagnòstic i tractament.

Un equip de recerca, liderat per la Universitat Pompeu Fabra (UPF) amb la col·laboració de l'Hospital del Mar, ha creat una base de dades única al món amb 16.807 models virtuals tridimensionals diferents de la columna vertebral, específicament de la part toràcica i lumbar, a partir de sistemes computacionals. Es tracta d'un projecte de ciència oberta i la base de dades s'ha compartit amb tota la comunitat científica a través del repositori europeu de recerca Zenodo. Gràcies al projecte Europeu Disc4All, liderat per la UPF, aquests models també es poden visualitzar i descarregar a través de l'aplicació Spineview, codesenvolupada per la UPF i l'empresa InSilicoTrials.

Imatges dels primers models personalitzats de la part toracolumbar de la columna vertebral corresponents a 10 dels 42 pacients de la mostra

La creació d'aquesta base de dades forma part d'una recerca destinada a avançar en el diagnòstic i tractament personalitzat de les deformitats de la columna vertebral, alineant-se amb la tendència creixent cap a la medicina personalitzada. Aquesta deformitat, amb una alta prevalença entre la població adulta, provoca que la curvatura de la columna en relació a la pelvis no sigui l'adequada, produint l'anomenat desequilibri sagital. Si el pacient se sotmet a una operació, el risc de complicació postquirúrgica d'origen mecànic no és menor i existeix una gran necessitat de millorar el pronòstic i la planificació personalitzada. 

Els resultats d'aquesta recerca s'han publicat recentment a la revista Scientific Data (Nature). A més de la Unitat de Recerca BCN MedTech del Departament d'Enginyeria de la UPF i de l'Hospital del Mar, l'estudi ha comptat amb la participació d'investigadors de dues institucions italianes: la companyia tecnològica InSilicoTrials de Trieste i el IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi de Milà.

 

Cap a diagnòstics i tractaments més precisos per a la deformitat de la columna

Aquest estudi respon a la necessitat de crear models efectius i validats científicament per analitzar les deformitats de la part toracolumbar de la columna, que no estaven disponibles fins ara. "A partir de la base de dades que hem creat, es podran generar models computacionals personalitzats de la part toracolumbar d'un pacient concret i realitzar diagnòstics i plans de tractament més precisos, cosa que obra la porta a les teràpies personalitzades", explica Jérôme Noailly, cap de l'àrea de recerca de Biomecànica i Mecanobiologia (BMMB) de la Unitat BCN MedTech de la UPF.

Com a punt de partida, la recerca ha pres com a referència un model mecànic de l'estructura estàndard de la columna vertebral, definida per estudis previs, amb les vèrtebres, els lligaments i contactes articulars amb la columna, així com els discos intervertebrals, però sense contemplar les variacions morfològiques individuals. Gràcies al model numèric dels elements finits (mètode molt utilitzat en diferents camps de l'enginyeria que discretitza en elements bàsics els components bàsics d'una estructura), és possible calcular l'impacte que un moviment o càrrega mecànica (simulada virtualment) podria tenir sobre cadascun dels teixits presents en el model de columna i mapejats al llarg de la malla discreta. Fent un símil, es podria fer servir un mètode similar per calcular la resistència dels diferents elements d'un pont.

Partint d'aquesta estructura mecànica de la columna, s'han generat 16.807 models personalitzats 3D de la part toracolumbar. La resposta biomecànica d'aquests models també s'ha validat posteriorment amb experiments que parteixen d'informació i dades de pacients donants.

 

Article de referència

Rasouligandomani, M., del Arco, A., Chemorion, F.K. et al. Dataset of Finite Element Models of Normal and Deformed Thoracolumbar Spine. Sci Data 11, 549 (2024). https://doi.org/10.1038/s41597-024-03351-8