Luusementti-istutusoireyhtymän ennustaminen tekoälymenetelmillä

Koska lonkka- ja polvinivelrikon esiintyvyys lisääntyy iän myötä, ortopedisia proteeseja tehdään laajalti kaikkialla maailmassa ja maassamme. Näissä leikkauksissa käytetään luusementtiä varmistamaan proteesin kiinnittyminen luuhun. Luusementti-implantaatio-oireyhtymä (BCIS) on sementoidun luukirurgian kohtalokas komplikaatio, jolle on ominaista systeeminen hypotensio, keuhkoverenpainetauti, rytmihäiriöt, tajunnan menetys ja sydämenpysähdys, yleisimmin sementoinnin ja proteesin asettamisen aikana, ja siitä raportoidaan yhä useammin.

Oireyhtymää havaitaan yleisimmin sementoidussa hemiartroplastiassa siirtymän reisiluun kaulan murtumien jälkeen, mutta sitä esiintyy myös lonkka- ja polviproteesileikkauksissa. Huolimatta turvallisuusohjeiden julkaisemisesta BCIS:n vähentämiseksi, se on edelleen yleinen leikkauksensisäinen komplikaatio, jonka yleinen ilmaantuvuus on jopa 28 %, ja se on tärkein intraoperatiivisen ja postoperatiivisen sairastuvuuden ja kuolleisuuden syy.

BCIS:n patofysiologia on epäselvä, mukaan lukien hemodynaaminen epävakaus, joka johtuu keuhkojen ja systeemisen verisuonten vastuksen muutoksista, lisääntynyt intramedullaarinen paine, joka johtaa polymetyylimetakrylaattimonomeerien liittymiseen verenkiertoon aiheuttaen verisuonten laajentumista, välittäjien vapautuminen polymetyylimetakrylaatista, rasvahappojen vapautuminen ja välittäjien vapautuminen polymetyylimetakrylaatista, akuutti oikean kammion vajaatoiminta, anafylaksia, tulehduksellinen ja eksoterminen reaktio ja komplementin aktivaatio voi sisältää yhden tai yhdistelmän akuutista oikean kammion vajaatoiminnasta, anafylaksiasta, tulehduksellisesta ja eksotermisestä reaktiosta ja komplementin aktivaatiosta, joka kehittyy, kun sementti- ja hyytymähiukkaset aiheuttavat embolia monissa kehon elimissä, erityisesti keuhkojärjestelmä, lisääntynyt keuhkojen verisuonivastus. Donaldson et ai. kehitti luokitusjärjestelmän BCIS-vakavuuden mukaan. Aste 0: ei hypotensiota/hypoksiaa; Asteen 1 kohtalainen hypoksia (SpO2 < 94 %) tai hypotensio [systolinen verenpaine (SBP) > 20 % lasku lähtötasosta]; Asteen 2 vaikea hypoksia (SpO2 < 88 %) tai hypotensio (SBP > 40 % lasku lähtötasosta) tai odottamaton tajunnan menetys; Asteen 3 kardiovaskulaarinen romahdus, joka vaatii kardiopulmonaalista elvytyshoitoa.

Potilailla, joilla on BCIS-aste 2 ja 3, on osoitettu olevan 16-kertainen 30 päivän postoperatiivinen kuolleisuus verrattuna potilaisiin, joilla on BCIS-aste 1. Useimmat BCIS-raportit keskittyvät kuolemiin ja vakaviin ongelmiin, ja useimmat lievät BCIS-tapaukset jäävät ilmoittamatta. Epäiltyä BCIS-tautia tulee hoitaa aggressiivisella elvytyksellä ja tukihoidolla.

Tämä riski saattaa saada jotkut kirurgit olemaan käyttämättä sementtiä nivelleikkauksissa. Vaikka sementtitön hemiartroplastia poistaa tämän riskin ja säästää keskimäärin 20 minuutin käyttöaikaa, siihen liittyy vakavia komplikaatioita. Potilaat, joille tehdään sementoimattomia lonkkanivelleikkauksia, saavat todennäköisemmin periproteesin murtumia sekä varhaisen korjauksen. Sementoimattomalla nivelleikkauksella on 17 kertaa suurempi riski periproteesin murtuman korjaamiseen tai aseptiseen korjaukseen löystymisen vuoksi verrattuna sementoituun lonkkanivelleikkaukseen. Koska lisäleikkauksiin liittyy ylimääräinen kuolemanriski, sementointivaiheen väliin jättäminen ei myöskään välttämättä ole paras valinta näille potilaille, jotka todennäköisemmin kaatuvat ja joutuvat korjausleikkaukseen.

Tämän komplikaation varhainen havaitseminen ja varhainen puuttuminen on ratkaisevan tärkeää, koska se vähentää kuolleisuutta. BCIS:n ehkäisyyn kuuluu riskipotilaiden tunnistaminen, potilaan riskitekijöiden ja liitännäissairauksien optimointi ennen leikkausta sekä hyvä kommunikointi leikkaustiimin kanssa. Tällä tavoin voidaan pidentää potilaan mukavuutta ja eliniänodotetta. Nivelleikkausta tarvitsevien ja sitä odottavien potilaiden kasvava määrä vaikeuttaa riskipotilaiden tunnistamista, potilaan riskitekijöiden ja liitännäissairauksien optimointia ennen leikkausta tämän mahdollisesti kuolemaan johtavan komplikaation estämiseksi.

Tila, jossa BCIS voi esiintyä, arvioidaan retrospektiivisistä ja prospektiivisista tietokokonaisuuksista monimutkaisilla biostatistisilla menetelmillä saatujen tietojen analysoinnin tulosten perusteella. Komplikaatioiden ennustamiseksi yritetään määrittää siihen liittyviä ennustavia tekijöitä.

Spann et ai. (2020) totesivat katsaustutkimuksessaan, että koneoppimista voidaan käyttää monimutkaisten biostatististen menetelmien lisäksi analyyseissä. Tässä vaiheessa tekoälymallinnuksella luotu päätöksenteon tukijärjestelmä auttaa tämän komplikaation varhaisessa havaitsemisessa ja toimii siten kliinikoille tärkeänä päätöksenteon tukimekanismina lisäämällä potilaan mukavuutta ja elinajanodotetta. Ei kuitenkaan ole helppoa arvioida, millä tasolla tämä komplikaatio ennustetaan ja vähennetään ilman järjestelmän käyttöönottoa.