Przewidywanie zespołu implantacji cementu kostnego przy użyciu metod sztucznej inteligencji

Ponieważ częstość występowania choroby zwyrodnieniowej stawów biodrowych i kolanowych wzrasta wraz z wiekiem, operacje protez ortopedycznych są szeroko wykonywane na całym świecie, a także w naszym kraju. W tych operacjach stosuje się cement kostny, aby zapewnić przyczepność protezy do kości. Zespół implantacji cementu kostnego (BCIS) to śmiertelne powikłanie operacji cementowanej kości, charakteryzujące się ogólnoustrojowym niedociśnieniem, nadciśnieniem płucnym, zaburzeniami rytmu, utratą przytomności i zatrzymaniem akcji serca, występujące najczęściej podczas cementowania i umieszczania protezy, i jest coraz częściej zgłaszane.

Zespół ten najczęściej występuje w przypadku cementowej plastyki połowiczej po złamaniach szyjki kości udowej z przemieszczeniem, ale występuje również po operacji całkowitej alloplastyki stawu biodrowego i kolanowego. Pomimo publikacji wytycznych dotyczących bezpieczeństwa zmniejszania BCIS, pozostaje częstym powikłaniem śródoperacyjnym z ogólną częstością sięgającą 28% i jest główną przyczyną zachorowalności i śmiertelności śródoperacyjnej i pooperacyjnej.

Patofizjologia BCIS jest niejasna, obejmuje niestabilność hemodynamiczną w wyniku zmian płucnego i ogólnoustrojowego oporu naczyniowego, zwiększone ciśnienie śródszpikowe skutkujące włączeniem monomerów polimetakrylanu metylu do krążenia, powodując rozszerzenie naczyń, uwolnienie mediatorów z polimetakrylanu metylu, uwolnienie kwasów tłuszczowych i uwalnianie mediatorów z polimetakrylanu metylu, ostra niewydolność prawej komory, anafilaksja, stany zapalne i reakcja egzotermiczna i aktywacja dopełniacza może obejmować jedną lub kombinację ostrej niewydolności prawej komory, anafilaksji, reakcji zapalnej i egzotermicznej oraz aktywacji dopełniacza, która rozwija się, gdy cząstki cementu i skrzepu powodują zator w wielu narządach organizmu, szczególnie w układzie płucnym , ze zwiększonym płucnym oporem naczyniowym. Donaldsona i in. opracował system klasyfikacji dotkliwości BCIS. Stopień 0: brak niedociśnienia/niedotlenienia; Stopień 1. umiarkowane niedotlenienie (SpO2 < 94%) lub niedociśnienie [skurczowe ciśnienie krwi (SBP) > 20% spadek w stosunku do wartości wyjściowych]; Ciężkie niedotlenienie stopnia 2 (SpO2 < 88%) lub niedociśnienie (spadek SBP > 40% w stosunku do wartości wyjściowych) lub nieoczekiwana utrata przytomności; Zapaść krążeniowa stopnia 3 wymagająca resuscytacji krążeniowo-oddechowej.

Wykazano, że u pacjentów ze stopniem 2 i 3 BCIS śmiertelność pooperacyjna w ciągu 30 dni jest 16-krotnie większa w porównaniu z pacjentami ze stopniem 1 BCIS. Większość raportów na temat BCIS koncentruje się na zgonach i poważnych problemach, a większość przypadków łagodnego BCIS nie jest zgłaszana. Podejrzewając BCIS, należy zastosować agresywną resuscytację i leczenie podtrzymujące.

Ryzyko to może skłonić niektórych chirurgów do niestosowania cementu podczas operacji endoprotezoplastyki. Choć bezcementowa połowicza plastyka połowicza eliminuje to ryzyko i pozwala zaoszczędzić średnio 20 minut czasu operacji, wiąże się ona z poważnymi powikłaniami. Pacjenci poddawani bezcementowym implantom endoprotezoplastyki stawu biodrowego są bardziej narażeni na złamania okołoprotezowe, a także wczesną rewizję. Endoprotezoplastyka bezcementowa wiąże się z 17-krotnie większym ryzykiem rewizji złamania okołoprotezowego lub rewizji aseptycznej z powodu obluzowania w porównaniu z endoprotezoplastyką stawu biodrowego. Ponieważ dodatkowa operacja niesie ze sobą dodatkowe ryzyko zgonu, pominięcie etapu cementowania może również nie być najlepszym wyborem u tych pacjentów, którzy są bardziej narażeni na upadki i poddawani są zabiegom rewizyjnym.

Wczesne wykrycie tego powikłania i wczesna interwencja jest kluczowa, ponieważ pozwala zmniejszyć śmiertelność. Zapobieganie BCIS obejmuje identyfikację pacjentów wysokiego ryzyka, przedoperacyjną optymalizację czynników ryzyka pacjenta i chorób współistniejących oraz dobrą komunikację z zespołem chirurgicznym. W ten sposób można zwiększyć komfort pacjenta i długość życia. Rosnąca liczba pacjentów wymagających endoprotezoplastyki i oczekujących na nią utrudnia identyfikację pacjentów wysokiego ryzyka, optymalizację czynników ryzyka u pacjenta i chorób współistniejących przed operacją, aby zapobiec temu potencjalnie śmiertelnemu powikłaniu.

Stan, w jakim może wystąpić BCIS, ocenia się na podstawie wyników analizy danych uzyskanych ze zbiorów danych retrospektywnych i prospektywnych złożonymi metodami biostatystycznymi. Aby przewidzieć powikłanie, próbuje się określić czynniki predykcyjne z nim związane.

Spanna i in. (2020) stwierdzili w swoim badaniu przeglądowym, że uczenie maszynowe można wykorzystać w analizach wykraczających poza złożone metody biostatystyczne. Na tym etapie system wspomagania decyzji stworzony za pomocą modelowania sztucznej inteligencji pomoże we wczesnym wykryciu tego powikłania, a tym samym będzie stanowić ważny mechanizm wspomagania decyzji dla klinicystów, zwiększając komfort pacjenta i oczekiwaną długość życia. Nie jest jednak łatwo ocenić, na jakim poziomie ta komplikacja będzie przewidywana i ograniczana bez wdrożenia systemu.