Predizione tramite apprendimento automatico della progressione della malattia nella scoliosi idiopatica adolescenziale

Background and Problem Overview L'adolescenza idiopatica scoliosi (AIS) è una malattia muscoloscheletrica progressiva caratterizzata da una deformazione tridimensionale della colonna vertebrale durante l'adolescenza. La diagnosi viene tipicamente stabilita con un angolo di Cobb superiore a 10° e dalla presenza di rotazione assiale. Mentre l'eziologia esatta rimane sconosciuta, le principali teorie includono anomalie tissutali (fibre muscolari, volume osseo), biomeccanica spinale compromessa (crescita ossea asimmetrica) e fattori neurologici (spessore corticale asimmetrico, lateralizzazione cerebrale e distorsioni dello schema corporeo).

La natura progressiva della AIS, in particolare l'alto rischio di avanzamento all'inizio della pubertà, complica il processo decisionale clinico. Il trattamento è tradizionalmente suddiviso in tre fasi:

Osservazione ed esercizio: per angoli di Cobb compresi tra 10° e 25°.

Esercizio e corsetto: per angoli di Cobb compresi tra 25° e 45°.

Chirurgia: per angoli di Cobb superiori a 45°.

Nonostante queste linee guida, la progressione imprevedibile della malattia e le difficoltà nell'aderenza al trattamento creano significativi dilemmi. In particolare, per i casi al limite dell'indicazione chirurgica, i clinici affrontano la sfida di scegliere tra un intervento immediato o un monitoraggio conservativo. Attualmente non esiste un metodo definitivo per prevedere la progressione e i pazienti vengono tipicamente monitorati a intervalli di 6 mesi. Durante questi intervalli, le condizioni di un paziente possono rimanere stabili o deteriorarsi significativamente.

Inoltre, le linake guida raccomandano di indossare un corsetto per una media di 18 ore al giorno, spesso per diversi anni. Questo requisito è fisicamente e psicologicamente impegnativo per gli adolescenti, portando a una scarsa compliance a causa di preoccupazioni estetiche, limitazioni funzionali e irritazioni cutanee. L'incapacità di prevedere la progressione porta spesso a un overtreatment (corsetto non necessario) o a un undertreatment (intervento ritardato), entrambi rappresentano rischi per la salute a lungo termine del paziente.

Preoccupazioni radiologiche La progressione della malattia è monitorata tramite radiografia diretta (raggi X). Tuttavia, l'imaging frequente aumenta il rischio di cancro nel corso della vita a causa dell'accumulo di radiazioni ionizzanti. In particolare, il rischio di cancro al seno nelle ragazze con AIS è riportato essere circa sette volte superiore rispetto alla popolazione sana. Al contrario, prolungare gli intervalli di follow-up rischia di perdere finestre per un intervento precoce. Un modello di intelligenza artificiale (IA) in grado di prevedere la progressione della curva potrebbe ottimizzare la frequenza dell'imaging, garantendo la sicurezza mantenendo l'efficacia clinica.

Obiettivo e metodologia dello studio

L'obiettivo primario di questa ricerca è sviluppare un modello basato su di apprendimento automatico per prevedere l'angolo di Cobb a seguito di un intervento di esercizio di 12 settimane. Il modello utilizzerà dati completi basali e post-trattamento, inclusi:

Dati demografici e antropometrici (età, altezza, peso, sesso).

Valutazioni cliniche (angolo di Cobb, punteggio Risser, angolo di rotazione del tronco).

Metriche funzionali e fisiche (forza muscolare del tronco, pressione inspiratoria ed espiratoria massima [MIP/MEP], misurazioni dell'equilibrio Biodex).

Valutazioni visive (Scala di deformità visiva Walter Reed [WRVAS]).

Ipotesi di ricerca

Ipotesi primaria: Un modello di machine learning addestrato su dati di valutazione pre e post esercizio può predire significativamente l'angolo di Cobb al termine di un periodo di 12 settimane sia con accuratezza statistica che clinica.

Ipotesi secondaria: Prevedendo il rischio di progressione (la probabilità di un aumento dell'angolo di Cobb), questo modello contribuirà a ridurre interventi chirurgici non necessari, overtreatment (corsetto/chirurgia) e l'esposizione cumulativa ai raggi X.