Come l’intelligenza artificiale aiuta bambine e bambini affetti da labbro leporino

Quando il dottor Andreas Müller dell’Ospedale Universitario di Basilea riceve da un collega indiano le immagini scattate con lo smartphone che ritraggono un neonato affetto da labbro leporino, le carica su uno speciale software in grado di creare automaticamente un modello digitale del palato. Il modello viene poi inviato al team medico indiano, che stampa in 3D le placche prechirurgiche del palato. 

Si tratta di un lavoro che normalmente richiederebbe settimane: ma questa volta, premendo pochi pulsanti, il personale medico riesce a creare una placca per il palato personalizzata applicabile ai neonati e alle neonate con deformità facciali alla nascita, così da evitare numerosi e costosi interventi chirurgici. Il processo digitale sviluppato da Müller, responsabile del Centro per il trattamento della labiopalatoschisi dell’Università di Basilea, e da scienziati e scienziate del Dipartimento di informatica del Politecnico federale di Zurigo (ETHZ), è ora in fase di sperimentazione in cliniche indiane e polacche e potrebbe migliorare il trattamento di questa malformazione, soprattutto nei Paesi a basso reddito. 

Il labbro leporino è molto più comune di quanto si possa pensare: circa un bambino su 700 in tutto il mondo ne soffre, secondo l’organizzazione no-profit Smile TrainCollegamento esterno, che offre interventi chirurgici correttivi a bambini e bambine in 87 Paesi. Si tratta quindi di uno dei difetti congeniti più comuni. La forma più frequente è quella che impedisce la corretta formazione del labbro superiore. La palatoschisi causa invece una fessura nel palato ed è causata da una mancata o errata crescita delle strutture palatali durante lo sviluppo fetale. 

Le complicazioni di un labbro leporino vanno oltre l’aspetto estetico. I bambini e le bambine che ne sono affetti potrebbero avere difficoltà per tutta la vita se non vengono trattati. I problemi più comuni riguardano la respirazione, la suzione, la deglutizione, le arcate dentali e di linguaggio. Secondo uno studioCollegamento esterno pubblicato su JAMA Pediatrics, gli individui nati con una palatoschisi tendono anche ad avere gravi difficoltà di apprendimento, disturbi d’ansia e dello spettro autistico e persino un rischio maggiore di mortalità. 

Non c’è dubbio che gli interventi di riparazione possano alleviare in modo significativo queste problematiche. Dalla metà del XX secolo sono stati compiuti progressi significativi nella riparazione delle labiopalatoschisi. Tuttavia, le bambine e i bambini che ne sono affetti devono ancora sottoporsi da due a quattro interventi chirurgici nel corso dell’infanzia e della prima età adulta. 

Metodi convenzionali costosi 

Il costo degli interventi di riparazione varia in base al tipo di labiopalatoschisi e di trattamento richiesto. In Svizzera e negli Stati Uniti, il costo tipico di ogni intervento oscilla tra i 5’000 e i 10’000 dollari, afferma Müller. In India interventi e trattamenti simili costano dai 2’300 ai 3’500 dollari. Per molte famiglie nei Paesi a basso e medio reddito, questi costi vanno ben al di là delle loro possibilità. Il labbro leporino può colpire tutti i gruppi etnici, ma è più comune nelle persone di origine asiatica (circa 1 su 500 nascite), seguite da quelle native americane e ispaniche, secondo il Nationwide Children’s HospitalCollegamento esterno negli Stati Uniti. 

Alcuni medici preferiscono eseguire l’intervento chirurgico di chiusura della malformazione del labbro e del palato in una sola seduta. Tuttavia, come afferma Müller, ciò può essere realizzato solo in collaborazione con un team multidisciplinare. Un/a dentista pediatrico/a, un/a chirurgo/a e un/a anestesista prendono l’impronta del palato del bambino o della bambina poco dopo la nascita per creare un calco in gesso. Un/a odontotecnico/a esperto/a realizza a mano una placca di plastica personalizzata sulla base del calco; quindi un/a ortodontista qualificato/a impianta la placca nella bocca del/della paziente e la regola frequentemente per diversi mesi. La placca chiude il palato, che è aperto verso il naso, rendendo più facile bere. Dopo sei-otto mesi, la fessura sarà diventata più stretta e la posizione della lingua corretta, tanto da poter eseguire un unico intervento chirurgico per chiuderla. 

“Ma solo poche équipe sono in grado di farlo”, afferma Müller. “Come operatori sanitari, ci sentiamo frustrati nell’affrontare il fatto che tali ‘lussi’ non sono disponibili per molte famiglie nei Paesi in cui le risorse sanitarie, la formazione e la quantità di personale sono scarsi”. Inoltre, le operazioni non sono prive di rischi. Poiché l’apparato respiratorio nell’infanzia non è ancora ben sviluppato, i medici rischiano di bloccare le vie respiratorie quando prendono le impronte con il materiale in silicone e di provocare il soffocamento, anche se questo è molto raro. 

Dalle foto alla stampa 3D 

Müller e i suoi colleghi e colleghe dell’Ospedale Universitario di Basilea, insieme all’équipe dell’ETHZ, ricercano dal 2020 il modo per rendere gli interventi di labiopalatoschisi più facili, sicuri e prevedibili, con un onere minimo per il/la paziente e la sua famiglia. Tuttavia, è sempre difficile ottenere finanziamenti. “Come ricercatori clinici nel campo delle malformazioni del labbro e del palato, è piuttosto raro che riusciamo a ottenere un grosso finanziamento”, afferma il medico. 

Fortunatamente, all’inizio del 2020 il team di Müller ha ricevuto un sussidio dal Botnar Research Centre for Child Health (BRCCH) – un nuovo centro per la cura e il trattamento di neonati/e e bambini/e creato congiuntamente dall’Università di Basilea e dall’ETHZ.  

Grazie a questi finanziamenti, Müller spera di riuscire a sviluppare un processo digitale per misurare le fessure di labbra e palato e semplificare il processo di produzione dei modelli di placche palatali. 

Il metodo più comunemente utilizzato nelle cliniche dei Paesi sviluppati consiste nel prendere l’impronta in silicone della placca del paziente per produrre un calco in gesso o nell’acquisire immagini con uno scanner intraorale per creare un’impronta digitale della cavità orale. Ma gli scienziati e le scienziate dell’ETHZ che partecipano al progetto hanno sviluppato un processo più rapido ed economico. La ricercatrice Barbara Solenthaler, specializzata nella simulazione digitale del corpo umano e nella modellazione basata sulle immagini, spiega a SWI swissinfo.ch che in futuro i medici, ovunque si trovino, avranno bisogno solo di uno smartphone, di una stampante 3D e di un software di intelligenza artificiale per produrre una placca personalizzata per i/le loro pazienti. 

Dopo aver scattato alcune immagini in 2D o un video di 30 secondi della fessura del paziente, i medici possono inserire le immagini nel software sviluppato dalla squadra di Solenthaler dell’ETHZ per generare un modello digitale di placca palatale stampabile in 3D. Il processo in digitale è anche più delicato per i/le pazienti, poiché il loro labbro leporino deve solo essere fotografato o filmato, invece di essere sottoposto ad anestesia o a una radiografia per prendere l’impronta. 

Costi più bassi, metodi meno invasivi 

Da quest’estate, il personale medico di sei ospedali che partecipa alla sperimentazione, compreso quello del Bhagwan Mahaveer Jain Hospital di Bangalore, in India, invia immagini o video ai laboratori di Basilea o Zurigo. In cambio, l’équipe svizzera invia un modello digitale in 3D di una placca che viene poi stampato. 

Con il tempo, dovrebbe essere possibile rendere questo metodo più economico. Un documento pubblicatoCollegamento esterno nell’agosto 2022 da Müller e dal suo team mostra che tale processo digitale potrebbe ridurre il tempo di intervento manuale da parte delle équipe mediche da 135 minuti a 60 minuti. Ma ciò è possibile solo dopo aver ammortizzato i costi di una formazione iniziale e dell’acquisto della stampante 3D, affermano Yen Hsieh, professore assistente presso la University of Cincinnati College of Medicine e Mary Roz Timbang, presso il Children’s Hospital di Los Angeles. Hsieh e Timbang sono tra i principali utilizzatori della tecnologia di stampa 3D per la chirurgia ricostruttiva facciale negli Stati Uniti.  

Entrambi hanno dichiarato a SWI swissinfo.ch che in alcuni Paesi a basso reddito le politiche governative rendono difficile la fornitura di questi dispositivi ai e alle pazienti. Un’altra sfida è come mantenere lo standard di cura tra i centri medici che si affidano a tali metodi digitali. “Esiste una moltitudine di stampanti, materiali, algoritmi e processi tecnici. Ciò può rendere difficile l’adozione di questa tecnologia da parte di personale senza una formazione specifica”, afferma Timbang. Hsieh e Timbang ritengono, però, che la stampa 3D abbia un potenziale significativo per migliorare l’accesso alla medicina nei Paesi a basso reddito. 

Lo studio clinico avviato da Müller, che dovrebbe durare fino al 2024, coinvolge tre ospedali in India, uno in Polonia e due in Svizzera. Il medico dell’Ospedale Universitario di Basilea è soddisfatto dei primi successi del progetto: “Sono stato molto motivato quando ho sentito dai nostri colleghi e colleghe delle cliniche indiane che il software rende i loro interventi molto più facili di prima”, afferma. “Spero che la nostra nuova strategia di trattamento sia particolarmente vantaggiosa per i bambini e le bambine dei Paesi a basso reddito, che spesso non hanno accesso a cure specialistiche per la labiopalatoschisi a causa di limitazioni finanziarie e di risorse sanitarie”. 

A cura di Sabrina Weiss 

Traduzione e adattamento dall’inglese: Sara Ibrahim