Predicción del aprendizaje automático de la progresión de la enfermedad en la escoliosis idiopática adolescente

Antecedentes y Resumen del Problema La Escoliosis Idiopática Adolescente (EIA) es un trastorno musculoesquelético progresivo caracterizado por una deformación tridimensional de la columna vertebral que ocurre durante la adolescencia. El diagnóstico se establece típicamente con un ángulo de Cobb superior a 10° y la presencia de rotación axial. Si bien la etiología exacta sigue siendo desconocida, las teorías principales incluyen anomalías tisulares (fibras musculares, volumen óseo), biomecánica espinal alterada (crecimiento óseo asimétrico) y factores neurológicos (grosor cortical asimétrico, lateralización cerebral y distorsiones del esquema corporal).

La naturaleza progresiva de la EIA, particularmente el alto riesgo de avance al inicio de la pubertad, complica la toma de decisiones clínicas. El tratamiento se divide tradicionalmente en tres etapas:

Observación y Ejercicio: Para ángulos de Cobb entre 10°-25°.

Ejercicio y Ortosis: Para ángulos de Cobb entre 25°-45°.

Cirugía: Para ángulos de Cobb superiores a 45°.

A pesar de estas pautas, la progresión impredecible de la enfermedad y las dificultades en la adherencia al tratamiento crean dilemas significativos. Específicamente, para casos en el límite de la indicación quirúrgica, los clínicos enfrentan el desafío de elegir entre cirugía inmediata o monitorización conservadora. Actualmente, no existe un método definitivo para predecir la progresión, y los pacientes son típicamente monitorizados en intervalos de 6 meses. Durante estos intervalos, la condición de un paciente puede permanecer estable o deteriorarse significativamente.

Además, las pautas recomiendan usar una ortosis durante un promedio de 18 horas al día, a menudo durante varios años. Este requisito es física y psicológicamente exigente para los adolescentes, lo que lleva a un bajo cumplimiento debido a preocupaciones estéticas, limitaciones funcionales e irritación cutánea. La incapacidad para predecir la progresión a menudo conduce a sobretratamiento (ortosis innecesaria) o subtratamiento (intervención tardía), ambos suponen riesgos para la salud a largo plazo del paciente.

Preocupaciones Radiológicas La progresión de la enfermedad se monitoriza mediante radiografía directa (rayos X). Sin embargo, la obtención frecuente de imágenes aumenta el riesgo de cáncer a lo largo de la vida debido a la radiación ionizante acumulativa. En particular, el riesgo de cáncer de mama en niñas con EIA se reporta aproximadamente siete veces mayor que en la población sana. Por el contrario, extender los intervalos de seguimiento corre el riesgo de perder ventanas para la intervención temprana. Un modelo de inteligencia artificial (IA) capaz de predecir la progresión de la curva podría optimizar la frecuencia de las imágenes, garantizando la seguridad mientras se mantiene la eficacia clínica.

Objetivo y Metodología del Estudio

El objetivo principal de esta investigación es desarrollar un modelo basado en aprendizaje automático para predecir el ángulo de Cobb después de una intervención de ejercicio de 12 semanas. El modelo utilizará datos integrales basales y posteriores al tratamiento, que incluyen:

Datos Demográficos y Antropométricos (Edad, altura, peso, género).

Evaluaciones Clínicas (Ángulo de Cobb, puntuación de Risser, ángulo de rotación del tronco).

Métricas Funcionales y Físicas (Fuerza muscular del tronco, Presión Inspiratoria y Espiratoria Máxima [PIM/PEM], medidas de equilibrio Biodex).

Evaluaciones Visuales (Escala de Deformidad Visual Walter Reed [WRVAS]).

Hipótesis de Investigación

Hipótesis Principal: Un modelo de aprendizaje automático entrenado con datos de evaluación antes y después del ejercicio puede predecir significativamente el ángulo de Cobb al final de un período de 12 semanas con precisión tanto estadística como clínica.

Hipótesis Secundaria: Al predecir el riesgo de progresión (la probabilidad de un aumento en el ángulo de Cobb), este modelo contribuirá a reducir intervenciones quirúrgicas innecesarias, sobretratamiento (ortosis/cirugía) y exposición acumulativa a rayos X.