IA: analisi della colonna vertebrale senza radiazioni 

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Nella ricerca di soluzioni avanzate per la diagnosi e il trattamento delle patologie della colonna vertebrale, Spine3D è un esempio di innovazione. 

Si tratta di un sistema di scansione 3D della colonna vertebrale che si avvale dell’IA, in particolare delle reti neurali, per identificare punti di repere e deformità spinali senza uso di radiazioni.

Il processo di analisi ha inizio con l’acquisizione di immagini attraverso la tecnologia LiDAR TOF. Un sistema non invasivo, grazie al principio fisico delle camere 3D ToF (Time of Flight), che misura la nuvola di punti descritta dalla morfologia della schiena del soggetto senza uso di radiazioni. Il principio fisico delle camere 3D è simile all’eco-localizzazione dei pipistrelli, con la differenza che il segnale usato da Spine 3D non è un’onda sonora ma un fascio di luce a infrarossi che rimbalza sulla superficie e il cui ritorno è catturato dal sensore. 

A partire da tale acquisizione entra in gioco l’intelligenza artificiale: il ruolo delle reti neurali e del cloud computing sono infatti il cuore pulsante del sistema.

Le reti neurali utilizzate in Spine3D possono essere di diversi tipi, ma spesso si basano su architetture di deep learning come le reti neurali convoluzionali (CNN). Le CNN sono particolarmente adatte all’analisi di immagini, poiché possono riconoscere pattern complessi attraverso strati di convoluzione e pooling. 

Le reti vengono addestrate su un ampio dataset di immagini della colonna vertebrale, che include immagini di pazienti con diverse condizioni spinali, nonché rilevazioni di riferimento di colonna vertebrale normali.
Il cloud computing consente l’archiviazione e l’elaborazione efficiente di grandi quantità di dati, facilitando l’addestramento continuo delle reti neurali e consentendo aggiornamenti in tempo reale per migliorare le prestazioni del sistema. 

L’IA scansiona l’immagine acquisita da Spine3D, ne identifica i punti di repere rilevanti, come vertebre, gibbosità della schiena o altre caratteristiche anatomiche d’interesse. Questi risultati possono includere misurazione di angoli spinali, analisi della postura, valutazione delle curvature anomale. I dati vengono elaborati attraverso algoritmi di apprendimento automatico e forniscono risultati significativi.

Spine3D porta una serie di vantaggi:

  • sicurezza del paziente: eliminando l’esposizione a radiazioni ionizzanti, si riduce il rischio di effetti collaterali e danni cellulari associati alle procedure di imaging tradizionali. La soluzione ideale per monitorare il rischio di scoliosi nei bambini, per donne in gravidanza, spesso soggette a mal di schiena, per sportivi e atleti che desiderano seguire con attenzione le fasi di recupero da un infortunio e, in generale, per anziani con osteoporosi oppure fragili che mal sopportano, per esempio, la risonanza magnetica, per la necessità di restare in posizione immobile e sdraiata per un tempo prolungato
  • minore impatto ambientale: evitare l’uso di radiazioni contribuisce anche a un minore impatto ambientale, garantendo un ambiente più sicuro per i pazienti e il personale
  • accessibilità e ripetibilità: grazie alla sicurezza del sistema, le analisi possono essere ripetute nel tempo senza controindicazioni, consentendo un monitoraggio accurato dell’evoluzione delle condizioni spinali e posturali.

Numerose strutture private e pubbliche, in Italia e all’estero, dispongono di questa strumentazione, come l’Istituto di Cura di Pavia, l’Azienda Ospedaliera Santa Croce e Carle di Cuneo, l’Università San Raffaele di Roma e l’Azienda Ospedaliera Universitaria Policlinico Paolo Giaccone di Palermo.