Biomarcadores de emissão acústica para detecção e monitoramento de osteoartrite precoce do joelho

Antecedentes da doença A osteoartrite (OA) é uma condição altamente prevalente e incapacitante que afeta mais de 7% das pessoas em todo o mundo (528 milhões de pessoas). Está limitando significativamente a sua mobilidade e estilo de vida independente. A OA é descrita principalmente por perda de cartilagem, alterações estruturais nos ossos e inflamação da sinóvia e da cápsula articular. Fatores de risco comuns incluem envelhecimento, obesidade, lesões anteriores nas articulações e uso excessivo. A OA leva vários anos para se desenvolver, antes que o paciente consulte o médico quando a dor se intensifica. Nos estágios iniciais, os pacientes são assintomáticos ou apresentam apenas dor relacionada à atividade. A dor torna-se constante ao longo do tempo, com episódios de dor intensa e intermitente. Em regiões ao redor do mundo, o custo médio anual da OA para um indivíduo é estimado entre US$ 700 e US$ 15.600 (2019). Consequentemente, a OA tem um grande impacto socioeconómico devido aos seus elevados custos médicos, reformas antecipadas e elevado absentismo no trabalho.

A OA geralmente afeta quadris, joelhos, mãos, pés e coluna vertebral, com alta prevalência de envolvimento poliarticular. Este estudo enfoca a OA do joelho.

Padrão atual de avaliação O atual padrão-ouro de avaliação da gravidade da OA de joelho é baseado em radiografia simples, utilizando o sistema de classificação Kellgren-Lawrence (KL), que foi aceito como padrão pela Organização Mundial da Saúde em 1961. Este sistema não avalia o tecido primário afetado – cartilagem – mas apenas o aspecto geral da articulação. É, portanto, incapaz de detectar fases iniciais da OA e o diagnóstico é muitas vezes estabelecido numa fase tardia, com poucas opções de tratamento além da artroplastia do joelho.

Métodos de avaliação alternativos É necessário um diagnóstico mais precoce e uma melhor estratificação dos pacientes para implantar tratamentos preventivos de OA. Possíveis opções de diagnóstico precoce incluem ressonância magnética (RM) e marcadores bioquímicos. A ressonância magnética pode ser usada para avaliar alterações no volume, espessura ou mesmo na qualidade da cartilagem, no entanto, o uso generalizado da ressonância magnética é limitado pelo seu alto custo, disponibilidade e ausência de um escore internacional validado. Muitos marcadores bioquímicos estão actualmente sob investigação, mas até agora carecem de especificidade para tecidos articulares e para articulações específicas, e a sensibilidade e especificidade ainda não são suficientemente elevadas para uma utilização clínica generalizada.

Recentemente, tem havido um interesse crescente na análise acústica como uma alternativa aos biomarcadores convencionais, particularmente para a articulação do joelho, onde superfícies articulares móveis mal lubrificadas geram sons anormais que a análise acústica pode revelar.

Relevância do projeto A joelheira inmodi, desenvolvida na ETH Lausanne, é um dispositivo projetado para avaliação da saúde do joelho em movimento. Sua tecnologia principal combina sensores acústicos, térmicos e cinemáticos e uma análise de dados baseada em inteligência artificial (IA) para extrair biomarcadores relevantes da função articular.

Dados preliminares sugerem que esta abordagem combinada pode permitir um diagnóstico precoce não invasivo da OA. Em cavalos, foi encontrada uma forte associação entre a condição articular e a potência dos sinais de emissão acústica (EA) analisados. A combinação de dados (dados acústicos/dados de movimento) contém provavelmente mais informações sobre a saúde funcional do joelho, mas esses dados são muito pesados ​​(computacionalmente) e uma abordagem algorítmica como a IA parece a melhor opção para extrair parâmetros significativos e combiná-los em biomarcadores clinicamente úteis . Recentemente, os investigadores testaram um protótipo de joelheira inmodi em dezessete pacientes da clínica, pouco antes da artroplastia total do joelho (ATJ). Esses pacientes sofriam de OA grave na perna operada e leve a moderada na perna contralateral. Um algoritmo de aprendizado de máquina foi capaz de discriminar os estados das pernas com uma especificidade de 0,96 (perfeito = 1).

O objetivo deste novo projeto é explorar ainda mais o potencial do sistema inmodi para diagnosticar OA em estágios iniciais. Para isso, os investigadores desenvolverão um banco de dados de referência preliminar em uma subpopulação em risco de desenvolver OA. A identificação e validação de novos biomarcadores com um algoritmo de IA requer um conjunto de dados de treinamento e um conjunto de dados de teste, ambos com biomarcadores potenciais e resultados clínicos padrão ouro para validação. Este banco de dados exigirá um tamanho de amostra grande o suficiente para ser estatisticamente sólido e evitar overfitting estatístico.

O diagnóstico não invasivo da saúde do joelho deve ajudar a identificar pacientes em risco a um custo relativamente baixo e sem exposição à radiação e permitir que medidas preventivas sejam implementadas mais cedo do que com medidas radiográficas padrão.

Categoria de risco A (mínimo): Os procedimentos de imagem contêm (1) ressonância magnética de ambos os joelhos, que não é ionizante e (2) varredura completa da perna EOS com dose de radiação muito menor da radiografia convencional. Outro procedimento é o teste funcional com joelheira inmodi de ambas as pernas. A probabilidade de ocorrer um efeito biológico nas células devido à radiação de raios X é muito baixa. Outros riscos são psicológicos, relacionados ao “sobrediagnóstico de triagem”, ou estresse claustrofóbico e desconforto com ruído no aparelho de ressonância magnética. Além disso, existe um risco para a privacidade dos dados, que os investigadores tentam minimizar seguindo as regras legais e internas de proteção de dados.