A IA pode mudar a maneira como os médicos veem a preservação do quadril

Cirurgiões ortopédicos e engenheiros biomédicos são treinados para abordar a dor no quadril de adolescentes e adultos jovens de duas perspectivas diferentes. Os cirurgiões geralmente analisam condições como impacto femoroacetabular (FAI) e displasia do quadril do ponto de vista clínico. Os engenheiros geralmente se concentram no ângulo da tecnologia.

Essas duas perspectivas se uniram no Boston Children’s Hospital, resultando em uma ferramenta que pode melhorar o diagnóstico e o planejamento clínico para pacientes com quadril em todo o mundo.

Duas décadas de dados modernos acessíveis com IA

VirtualHip é um plataforma de software que usa inteligência artificial (IA) e imagens 3D para apoiar o diagnóstico e tratamento de deformidades pediátricas do quadril. A ideia surgiu de conversas entre o Dr. Ata Kiapour, diretor do Boston Children’s Musculoskeletal Informatics Group, e o Dr. Young-Jo Kim, diretor do Child and Adult Hip Preservation Program, que começou em 2017.

“Comecei a acompanhar os cirurgiões da equipe de preservação do quadril para entender como eles funcionavam e como a tecnologia poderia ajudar”, diz Kiapour. Ao fazer isso, ele encontrou uma necessidade clínica não atendida de diagnóstico personalizado e planejamento de tratamento. Ele também descobriu uma fonte de dados amplamente inexplorada: imagens e notas clínicas de mais de 10.000 pacientes de quadril dos últimos 20 anos.

O potencial de tais dados é comparável a um médico que tratou milhares de deformidades do quadril e se lembra de todas elas em detalhes, diz Kiapour. “Esse médico pode olhar para o perfil clínico de um paciente e dizer: ‘Tratamos pacientes assim e descobrimos que essa abordagem funciona melhor’.”

Mas como os dados históricos do paciente não eram pesquisáveis, eles eram praticamente inacessíveis. Para liberar seu potencial, o VirtualHip usa IA para processar registros clínicos históricos e combinar pacientes atuais com pacientes anteriores com perfis clínicos semelhantes. Esses registros históricos e não identificados de pacientes fornecerão informações importantes à medida que os cirurgiões diagnosticam e planejam tratamentos para seus pacientes atuais. Esse é um aspecto do VirtualHip. O outro aspecto envolve 3D abrangente análise de imagem.

O poder combinado da IA ​​e da modelagem 3D

Para diagnosticar deformidades do quadril, os cirurgiões ortopédicos geralmente contam com um exame físico e diagnóstico por imagem. Embora algumas deformidades do quadril sejam facilmente visíveis por ressonância magnética ou tomografia computadorizada, muitas não são. Além disso, o impacto de algumas deformidades do quadril geralmente depende da posição do quadril. No caso do IFA, por exemplo, um quadril só pode doer quando em movimento e os ossos se esfregam.

As limitações do diagnóstico por imagem tradicional também complicam as decisões de tratamento. Poderia fisioterapia resolver o problema ou o paciente precisa de cirurgia? No caso de impacto, quanto osso precisa ser removido para que o quadril se mova livremente sem dor? No caso de displasia, em que ângulo o cirurgião deve girar o acetábulo (encaixe do quadril) para que a cabeça femoral se encaixe com segurança no encaixe?

O VirtualHip usa imagens de ressonância magnética ou tomografia computadorizada para criar um modelo 3D da articulação do quadril e, em seguida, usa esse modelo para gerar automaticamente um conjunto abrangente de medições da estrutura do quadril. Esses dados, combinados com informações do exame clínico, fornecem uma visão abrangente do quadril e das áreas de impacto ou instabilidade. Os cirurgiões poderão identificar a localização e a gravidade da deformidade com um nível de precisão que não é possível hoje.

“Depois de ter um modelo 3D, você poderá solicitar ao software que simule toda a amplitude de movimento”, explica Kiapour. “Estes são os padrões complexos que não são óbvios em imagens 2D.”

Com uma análise detalhada da estrutura e amplitude de movimento do quadril, o VirtualHip combinará a análise com dados históricos comparáveis ​​do paciente para fornecer informações sobre os resultados associados a várias abordagens de tratamento. Esse conhecimento detalhado pode ajudar a melhorar a precisão dos procedimentos de preservação do quadril, ajudando os cirurgiões a evitar correções excessivas ou insuficientes. “Nosso objetivo é fornecer informações detalhadas para que os cirurgiões possam planejar o melhor tratamento para cada paciente”, diz Kiapour.

Uma colaboração única e um futuro promissor

Kiapour ressalta que o VirtualHip não é a primeira plataforma a analisar o impacto do quadril, mas oferece recursos exclusivos, incluindo a geração automática de medições detalhadas sem depender de um técnico. Ele também pode avaliar o risco de impacto ou instabilidade de um paciente em uma ampla gama de movimentos e processar dados históricos do paciente para fornecer análises personalizadas e sugestões de tratamento.

Os insights que informam o desenvolvimento e o refinamento desses e de outros recursos surgiram de uma colaboração contínua entre o Boston Children’s cirurgiões ortopédicos, radiologistas e engenheiros. Por cinco anos e contando, Kiapour e sua equipe trabalharam em estreita colaboração com o Dr. Kim e o Dr. Eduardo Novais da equipe de preservação do quadril e a Dra. Sarah Bixby da Radiologia.

“Os médicos são os usuários finais desta plataforma, portanto, mantê-los informados durante o desenvolvimento é necessário para garantir que a plataforma atenda às suas necessidades”, diz Kiapour. Trabalhando em conjunto, a equipe desenvolveu uma plataforma tecnicamente sólida que fornece informações clinicamente relevantes em um formato amigável ao médico. “Somos abençoados por trabalhar em um ambiente onde a colaboração multidisciplinar é altamente incentivada e os médicos estão ansiosos para participar da pesquisa de tradução.”

A equipe combinada continua desenvolvendo e validando o protótipo para que possa ser usado em um ambiente clínico. O objetivo final é tornar o VirtualHip disponível para uso generalizado em centros de tratamento de quadril. O projeto também pode anunciar um novo uso para a ciência de dados no atendimento ortopédico pediátrico: usar a IA para tornar as lições dos dados históricos do paciente acessíveis aos cirurgiões enquanto planejam o atendimento de seus pacientes.