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19 de septiembre de 2024 - Información general

El Hospital del Mar y la UPF, con el proyecto Europeo Disc4All, crea una base de datos única en el mundo de modelos 3D de la columna vertebral

La base de datos, accesible a toda la comunidad científica, contiene 16.807 modelos de la parte toracolumbar de la columna vertebral. Esta base de datos puede facilitar el diseño de modelos personalizados para pacientes con deformaciones en la columna vertebral, mejorando así su diagnóstico y tratamiento.

Un equipo de investigación, liderado por la Universidad Pompeu Fabra (UPF) en colaboración con el Hospital del Mar, ha creado una base de datos única en el mundo con 16.807 modelos virtuales tridimensionales distintos de la columna vertebral, específicamente de su parte torácica y lumbar, utilizando sistemas computacionales. Se trata de un proyecto de ciencia abierta y la base de datos se ha compartido con toda la comunidad científica a través del repositorio europeo de investigación Zenodo. Gracias al proyecto Europeo Disc4All, liderado por la UPF, estos modelos también se pueden visualizar y descargar a través de la aplicación Spineview, codesarrollada por la UPF y la empresa InSilicoTrials.

Imágenes de los primeros modelos personalizados de la parte toracolumbar de la columna vertebral correspondientes a 10 de los 42 pacientes de la muestra

La creación de esta base de datos forma parte de una investigación destinada a avanzar en el diagnóstico y tratamiento personalizado de las deformidades de la columna vertebral, alineándose con la creciente tendencia hacia la medicina personalizada. Esta deformidad, con una alta prevalencia entre la población adulta, provoca que la curvatura de la columna en relación a la pelvis no sea la adecuada, produciendo el llamado desequilibrio sagital. Si el paciente se somete a una operación, el riesgo de complicación postquirúrgica de origen mecánico no es menor y existe una gran necesidad de mejorar el pronóstico y la planificación personalizada.

Los resultados de esta investigación se han publicado recientemente en la revista Scientific Data (Nature). Además de la Unidad de Investigación BCN MedTech del Departamento de Ingeniería de la UPF y del Hospital del Mar, el estudio ha contado con la participación de investigadores de dos instituciones italianas: la compañía tecnológica InSilicoTrials de Trieste y el IRCCS Istituto Ortopedico Galeazzi de Milán.

Hacia diagnósticos y tratamientos más precisos para la deformidad de la columna

Este estudio responde a la necesidad de crear modelos efectivos y validados científicamente para analizar las deformidades de la parte toracolumbar de la columna, que no estaban disponibles hasta ahora. "A partir de la base de datos que hemos creado, se podrán generar modelos computacionales personalizados de la parte toracolumbar de un paciente concreto y realizar diagnósticos y planificaciones de tratamientos más precisos, lo que abre la puerta a las terapias personalizadas", explica Jérôme Noailly, jefe del área de investigación de Biomecánica y Mecanobiología (BMMB) de la Unidad BCN MedTech de la UPF.

Como punto de partida, la investigación ha tomado como referencia un modelo mecánico de la estructura estándar de la columna vertebral, definida por estudios previos, con las vértebras, los ligamentos y contactos articulares de la columna, y los discos intervertebrales, pero sin contemplar las variaciones morfológicas individuales. Gracias al método numérico de los elementos finitos -un método muy utilizado en distintos campos de la ingeniería que discretiza en elementos básicos los componentes de una estructura-, es posible calcular el impacto que un movimiento o carga mecánica (simulada virtualmente) podría tener sobre cada uno de los tejidos presentes en el modelo de columna y mapeados a lo largo de la malla discreta. Haciendo un símil, se podría utilizar un método similar para calcular la resistencia de los distintos componentes de un puente.

Partiendo de esta estructura mecánica de la columna, se han generado 16.807 modelos personalizados 3D de la parte toracolumbar. La respuesta biomecánica de estos modelos también se ha validado posteriormente con experimentos que parten de información y datos de pacientes donantes. 

Artículo de referencia

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