Прогнозирование прогрессирования заболевания при сколиозе юношеском идиопатическом с помощью машинного обучения

Anнотация и обзор проблемы Подростковый идиопатический сколиоз (ПИС) — это прогрессирующее костно-мышечное заболевание, характеризующееся трехмерной деформацией позвоночника, возникающей в период подросткового возраста. Диагноз обычно устанавливается при угле Кобба более 10° и наличии аксиальной ротации. Хотя точная этиология остается неизвестной, ведущие теории включают патологию тканей (мышечные волокна, объем костей), нарушенные биомехани parameters (асимметричный рост костей) и неврологические факторы (асимметричная толщина коры, церебральная латерализация и искажения схемы тела).

Прогрессивный характер ПИС, особенно высокий риск прогрессирования в начале полового созревания, усложняет клинические решения. Лечение традиционно делится на три этапа:

Наблюдение и упражнения: при угле Кобба 10°-25°.

Упражнения и корсетирование: при угле Кобба 25°-45°.

Хирургия: при угле Кобба более 45°.

Несмотря на эти рекомендации, непредсказуемое прогрессирующее заболевание и трудности с соблюдением лечения создают значительные дилеммы. В частности, для случаев на пограничной линии для хирургического вмешательства врачи сталкиваются с выбором между немедленной операцией или консервативным мониторингом. В настоящее время не существует определенного метода прогнозирования прогрессирования, и пациенты обычно наблюдаются с 6-месячными интервалами. В эти интервалы состояние пациента может оставаться стабильным или значительно ухудшаться.

Кроме того, рекомендации предписывают ношение корсета в среднем 18 часов в день, часто на протяжении нескольких лет. Это требование является физически и психологически обременительным для подростков, что приводит к низкой комплаентности из-за эстетических проблем, функциональных ограничений и раздражения кожи. Невозможность прогнозирования прогрессирования часто приводит к гипердиагностике (ненужное корсетирование) или недолечиванию (отсроченное вмешательство), оба из которых представляют риск для долгосрочного здоровья пациента.

Радиологические проблемы Прогрессирование заболевания отслеживается с помощью прямой рентгенографии (X-лучи). Однако частые изображения увеличивают пожизненный риск развития рака из-за кумулятивного ионизирующего излучения. В частности, сообщается, что риск рака груди у девочек с ПИС примерно в семь раз выше, чем в здоровой популяции. И наоборот, увеличение интервалов наблюдения чревато пропуском окон для раннего вмешательства. Искусственный интеллект (ИИ), способный прогнозировать прогрессирование искривления, может оптимизировать частоту визуализации, обеспечивая безопасность при сохранении клинической эффективности.

Цель и методология исследования

Основная цель данного исследования — разработать модель на основе машинного обучения для прогнозирования угла Кобба после 12-недельного курса упражнений. Модель будет использовать всесторонние исходные данные и данные после лечения, включая:

Демографические и антропометрические данные (возраст, рост, вес, пол).

Клинические оценки (угол Кобба, показатель Risser, угол ротации туловища).

Функциональные и физические показатели (сила мышц туловища, максимальное инспираторное и экспираторное давление [MIP/MEP], измерения баланса Biodex).

Визуальные оценки (шкала Walter Reed Visual Deformity Scale [WRVAS]).

Гипотезы исследования

Первичная гипотеза: Модель машинного обучения, обученная на данных оценок до и после упражнений, может значимо предсказывать угол Кобба через 12-недельный период с как статистической, так и клинической точностью.

Вторичная гипотеза: Прогнозируя риск прогрессирования (вероятность увеличения угла Кобба), эта модель будет способствовать сокращению ненужных хирургических вмешательств, окончаний лечения (корсетирования/хирургии) и кумулятивной экспозиции X-лучами.