Koneoppimisen ennuste sairauden etenemisestä nuorten idiopaattisessa skolioosissa

Taustaa ja ongelmakuvaus Adolecent/idiopaattinen skolioosi (AIS) on etenevä tuki- ja liikuntaelimistön sairaus, jolle on ominaista selkärangan kolmiulotteinen muodonmuutos, joka ilmenee murrosiässä. Diagnoosi asetetaan tyypillisesti, kun Cobb-kulma on yli 10° ja aksiaalinen rotaatio on läsnä. Tarkka etiologia on edelleen tuntematon, mutta johtavia teorioita ovat kudospoikkeavuudet (lihassolut, luun tilavuus), heikentynyt selkärangan biomekaniikka (epäsymmetrinen luun kasvu) ja neurologiset tekijät (epäsymmetrinen aivokuoren paksuus, aivojen lateraalisuus ja kehon kaavion vääristymät).

AIS:n etenevä luonne, erityisesti puberteetin alkuvaiheessa ilmenevä suuri etenemisriski, vaikeuttaa kliinistä päätöksentekoa. Hoito jaetaan perinteisesti kolmeen vaiheeseen:

Seuranta ja harjoittelu: Cobb-kulman ollessa 10°-25°.

Harjoittelu ja korsetti: Cobb-kulman ollessa 25°-45°.

Leikkaus: Cobb-kulman ylittäessä 45°.

Näistä suosituksista huolimatta taudin ennakoimaton eteneminen ja hoidon noudattamisen vaikeudet aiheuttavat merkittäviä ongelmia. Erityisesti leikkaushoidon rajatapauksissa kliinikot joutuvat valitsemaan joko välittömän leikkauksen tai konservatiivisen seurannan. Tällä hetkellä ei ole varmaa menetelmää etenemisen ennustamiseen, ja potilaita seurataan tyypillisesti 6 kuukauden välein. Näiden väliaikojen aikana potilaan tila voi pysyä vakaana tai heikentyä merkittävästi.

Lisäksi ohjeistus suosittelee korsetin käyttöä keskimäärin 18 tuntia päivässä, usein useiden vuosien ajan. Tämä vaatimus on fyysisesti ja psyykkisesti kuormittava nuorille, ja se johtaa huonoon hoitomyöntyvyyteen esteettisten syiden, toiminnallisten rajoitusten ja ihoärsyyksen vuoksi. Kyvyttömyys ennustaa taudin etenemistä johtaa usein ylihoitoon (tarpeeton korsettihoito) tai alilihoitoon (viivästynyt interventio), molemmat aiheuttavat riskejä potilaan pitkäaikaiselle terveydelle.

Radiologiset huolenaiheet Taudin etenemistä seurataan suoralla radiografialla (röntgensäteily). Tiheä kuvantaminen kuitenkin lisää syöpäriskiä elinaikana kumulatiivisen ionisoivan säteilyn vuoksi. On havaittu, että tyttöjen, joilla on AIS, riski sairastua rintasyöpään on noin seitsemän kertaa suurempi kuin terveellä väestöllä. Toisaalta seurantavälien pidentäminen voi johtaa aikaisen intervention ikkunoiden menettämiseen. Tekoälymalli (AI), joka pystyisi ennustamaan kaarevuuden etenemistä, voisi optimoida kuvausvälit, varmistaen turvallisuuden samalla kun säilytetään kliininen tehokkuus.

Tutkimuksen tavoite ja menetelmät

Tämän tutkimuksen ensisijaisena tavoitteena on kehittää koneoppimismalli ennustamaan Cobb-kulma 12 viikon harjoitusintervention jälkeen. Malli hyödyntää kattavia lähtö- ja seurantatietoja, mukaan lukien:

Demografiset ja antropometriset tiedot (ikä, pituus, paino, sukupuoli).

Kliiniset arvioinnit (Cobb-kulma, Risser-luokitus, vartalon kiertokulma).

Toiminnalliset ja fyysiset mittarit (vartalon lihasvoima, maksimaalinen sisäänhengitys- ja uloshengityspaine [MIP/MEP], Biodex-tasapainomittaukset).

Visuaaliset arvioinnit (Walter Reedin visuaalinen epämuodostuma-asteikko [WRVAS]).

Tutkimushypoteesit

Ensisijainen hypoteesi: Ennen ja jälkeen harjoittelun tehdyillä arviointitiedoilla koulutettu koneoppimismalli pystyy ennustamaan tilastollisesti ja kliinisesti merkitsevästi Cobb-kulman 12 viikon jakson lopussa.

Toissijainen hypoteesi: Ennustamalla etenemisriskin (Cobb-kulman kasvun todennäköisyyden), malli auttaa vähentämään tarpeettomia leikkauksia, ylihoitoa (tukiliivi/leikkaus) ja kumulatiivista röntgensäteilyaltistusta.