Vorhersage des Knochenzementimplantationssyndroms mithilfe von Methoden der künstlichen Intelligenz

Da die Prävalenz von Hüft- und Kniearthrose mit zunehmendem Alter zunimmt, werden orthopädische Prothesenoperationen weltweit und in unserem Land häufig durchgeführt. Bei diesen Operationen wird Knochenzement verwendet, um die Haftung der Prothese am Knochen sicherzustellen. Das Knochenzementimplantationssyndrom (BCIS) ist eine tödliche Komplikation bei zementierten Knochenoperationen, die durch systemische Hypotonie, pulmonale Hypertonie, Herzrhythmusstörungen, Bewusstlosigkeit und Herzstillstand gekennzeichnet ist und am häufigsten während der Zementierung und Prothesenplatzierung auftritt und immer häufiger gemeldet wird.

Das Syndrom tritt am häufigsten bei zementierten Hemiarthroplastiken nach verlagerten Schenkelhalsfrakturen auf, kommt aber auch bei totalen Hüft- und Kniegelenkersatzoperationen vor. Trotz der Veröffentlichung von Sicherheitsrichtlinien zur Reduzierung von BCIS bleibt es eine häufige intraoperative Komplikation mit einer Gesamtinzidenz von bis zu 28 % und ist eine Hauptursache für intraoperative und postoperative Morbidität und Mortalität.

Die Pathophysiologie von BCIS ist unklar, einschließlich hämodynamischer Instabilität als Folge von Veränderungen des pulmonalen und systemischen Gefäßwiderstands, erhöhtem intramedullären Druck, der zum Einbau von Polymethylmethacrylat-Monomeren in den Kreislauf führt, was zu einer Vasodilatation führt, Freisetzung von Mediatoren aus Polymethylmethacrylat und Freisetzung von Fettsäuren und Freisetzung von Mediatoren aus Polymethylmethacrylat, akutes Rechtsherzversagen, Anaphylaxie, entzündlich und exotherm Reaktion und Komplementaktivierung können eine oder eine Kombination aus akutem Rechtsherzversagen, Anaphylaxie, entzündlicher und exothermer Reaktion und Komplementaktivierung umfassen, die entsteht, wenn Zement- und Gerinnselpartikel in vielen Organen des Körpers, insbesondere im Lungensystem, Embolien verursachen. mit erhöhtem Lungengefäßwiderstand. Donaldson et al. entwickelte ein Klassifizierungssystem für den BCIS-Schweregrad. Grad 0: keine Hypotonie/Hypoxie; Mäßige Hypoxie Grad 1 (SpO2 < 94 %) oder Hypotonie [systolischer Blutdruck (SBP) > 20 % Rückgang gegenüber dem Ausgangswert]; Schwere Hypoxie 2. Grades (SpO2 < 88 %) oder Hypotonie (SBP > 40 % Rückgang gegenüber dem Ausgangswert) oder unerwarteter Bewusstseinsverlust; Herz-Kreislauf-Kollaps Grad 3, der eine Herz-Lungen-Wiederbelebung erfordert.

Es wurde gezeigt, dass Patienten mit BCIS-Grad 2 und 3 im Vergleich zu denen mit BCIS-Grad 1 eine 16-fach erhöhte 30-Tage-Postoperationsmortalität aufweisen. Die meisten Berichte über BCIS konzentrieren sich auf Todesfälle und schwerwiegende Probleme, und die meisten Fälle von mildem BCIS werden nicht gemeldet. Der Verdacht auf BCIS sollte mit aggressiver Wiederbelebung und unterstützender Pflege behandelt werden.

Dieses Risiko könnte einige Chirurgen dazu veranlassen, bei Endoprothetikoperationen keinen Zement zu verwenden. Obwohl die zementfreie Hemiarthroplastik dieses Risiko beseitigt und eine durchschnittliche Operationszeit von 20 Minuten einspart, ist sie mit schwerwiegenden Komplikationen verbunden. Bei Patienten, die sich zementfreien Hüftendoprothetikimplantaten unterziehen, ist die Wahrscheinlichkeit größer, dass es zu periprothetischen Frakturen und zu einer frühen Revision kommt. Bei einer zementfreien Arthroplastik besteht im Vergleich zur zementierten Hüftendoprothetik ein 17-fach höheres Risiko einer periprothetischen Frakturrevision oder einer aseptischen Revision aufgrund einer Lockerung. Da eine zusätzliche Operation ein zusätzliches Todesrisiko birgt, ist das Überspringen des Zementierungsschritts möglicherweise auch nicht die beste Wahl bei diesen Patienten, bei denen die Wahrscheinlichkeit eines Sturzes und einer Revisionsoperation höher ist.

Die frühzeitige Erkennung dieser Komplikation und ein frühzeitiges Eingreifen sind von entscheidender Bedeutung, da sie die Sterblichkeit senken. Die Prävention von BCIS umfasst die Identifizierung von Hochrisikopatienten, die präoperative Optimierung der Risikofaktoren und Komorbiditäten des Patienten sowie eine gute Kommunikation mit dem Operationsteam. Auf diese Weise können der Komfort und die Lebenserwartung des Patienten erhöht werden. Die zunehmende Zahl von Patienten, die eine Endoprothetik benötigen und darauf warten, macht es schwierig, Hochrisikopatienten zu identifizieren, die Risikofaktoren und Komorbiditäten der Patienten präoperativ zu optimieren, um diese potenziell tödliche Komplikation zu verhindern.

Der Zustand, in dem BCIS auftreten kann, wird anhand der Ergebnisse der Analyse der aus retrospektiven und prospektiven Datensätzen gewonnenen Daten mit komplexen biostatistischen Methoden bewertet. Um die Komplikation vorherzusagen, wird versucht, die damit verbundenen prädiktiven Faktoren zu ermitteln.

Spann et al. (2020) stellten in ihrer Übersichtsstudie fest, dass maschinelles Lernen in Analysen über komplexe biostatistische Methoden hinaus eingesetzt werden kann. An diesem Punkt wird ein mit künstlicher Intelligenz erstelltes Entscheidungsunterstützungssystem bei der Früherkennung dieser Komplikation helfen und somit als wichtiger Entscheidungsunterstützungsmechanismus für Kliniker dienen, indem es den Komfort und die Lebenserwartung des Patienten erhöht. Es ist jedoch nicht einfach zu beurteilen, inwieweit diese Komplikation ohne Implementierung des Systems vorhergesagt und verringert werden kann.