Sztuczna inteligencja przewiduje powrót do zdrowia i zdolność chodzenia po operacji biodra
Badania wykazały, że sztuczna inteligencja może przewidywać, jak pacjenci z osteoartrozą biodra będą się regenerować po operacji.
Sztuczna inteligencja może pomóc lekarzom lepiej przewidywać, jak pacjenci z osteoartrozą biodra będą się regenerować po operacji. Naukowcy z Karlsruhe Institute of Technology (KIT) opracowali model AI, który analizuje wzorce ruchu i na tej podstawie dostarcza informacji o oczekiwanej zdolności chodzenia po całkowitej wymianie stawu biodrowego. Podejście to umożliwia również lepsze dostosowanie programów rehabilitacyjnych do indywidualnych potrzeb pacjentów.
Całkowita wymiana stawu biodrowego jest jednym z najczęściej wykonywanych zabiegów ortopedycznych. W Niemczech rocznie około 220 000 osób otrzymuje sztuczny staw biodrowy, zazwyczaj z powodu osteoartrozy wynikającej z zużycia chrząstki w głowie kości udowej i panewce. Choć operacja często prowadzi do zmniejszenia bólu i poprawy mobilności, proces rekonwalescencji znacznie różni się w zależności od pacjenta. Niektórzy pacjenci chodzą niemal normalnie, podczas gdy inni nadal doświadczają ograniczeń.
Dane ruchowe jako klucz
Zrozumienie tych różnic jest kluczowe dla wspólnego projektu badawczego między Universitätsmedizin Frankfurt a Instytutem Sportu i Nauk o Sporcie KIT. W projekcie, wspieranym przez niemiecką organizację finansującą badania DFG, naukowcy łączą dane kliniczne z zaawansowaną analizą danych.
Podstawą modelu AI są tzw. dane biomechaniki chodu: szczegółowe pomiary ruchów chodzenia przed i po operacji. Te dane, zebrane i przetworzone we Frankfurcie, zostały wykorzystane przez KIT do rozpoznawania i klasyfikowania wzorców chodu pacjentów.
„Dane biomechaniczne opisujące ruch człowieka są niezwykle złożone” – mówi Bernd J. Stetter, badacz z KIT i autor badania. „Nasz model AI sprawia, że te dane są użyteczne w praktyce klinicznej. To ważny krok w kierunku spersonalizowanej opieki.”
Trzy profile powrotu do zdrowia
W badaniu, opublikowanym w Arthritis Research & Therapy, naukowcy przeanalizowali ruchy chodzenia 109 pacjentów z jednostronną osteoartrozą biodra przed operacją. Pomiarów dokonano również po operacji u 63 z nich. Dodatkowo 56 zdrowych osób stanowiło grupę kontrolną. Kąty stawowe i obciążenia obliczono przy użyciu trójwymiarowych modeli ruchu.
Analiza AI wyróżniła trzy grupy pacjentów z wyraźnie różnymi wzorcami zmian w chodu. Pewne parametry, takie jak kąt biodra i obciążenie stawu, okazały się kluczowe w klasyfikacji pacjentów. Grupy różniły się nie tylko biomechanicznie, ale także wiekiem, budową ciała, prędkością chodu i ciężkością osteoartrozy.
Po operacji grupy reagowały różnie. U niektórych pacjentów wzór chodu znacznie się poprawił i zbliżył do grupy kontrolnej. U innych pozostały wyraźne nieprawidłowości.
Model przewidywania
Zgodnie z wypowiedzią Stettera, model umożliwia lepsze przewidywanie, kto skorzysta na operacji biodra, a kto będzie potrzebował dodatkowej intensywnej opieki po zabiegu. „Nasz model może przewidzieć, którzy pacjenci będą się szczególnie dobrze regenerować, a którzy będą potrzebować dodatkowej terapii” – mówi. „Ponieważ algorytmy są zrozumiałe i przejrzyste, oczekujemy wysokiego stopnia akceptacji klinicznej.”
Chociaż model został opracowany dla stawu biodrowego, naukowcy widzą możliwości rozszerzenia podejścia na inne stawy i schorzenia w przyszłości. Badania te pokazują, jak AI i biomechanika mogą współpracować, aby przyczynić się do bardziej realistycznych oczekiwań, lepszego podejmowania decyzji i bardziej spersonalizowanej rehabilitacji w opiece ortopedycznej.
3D- drukowany staw biodrowy
Kilka tygodni temu holenderski szpital Anna przeprowadził pierwszą na świecie implantację spersonalizowanego, 3D-drukowanego implantu stawu biodrowego u człowieka. Procedura, przeprowadzona przez ortopedę Rintje Agricola we współpracy z LUMC, stanowi ważną innowację w leczeniu dysplazji stawu biodrowego. Stan ten jest spowodowany niewłaściwie uformowaną panewką stawu i może prowadzić do bólu, niestabilności i przedwczesnego zużycia stawu.
Obecnie standardowe leczenie to poważna operacja miednicy z długim czasem rekonwalescencji. Nowe podejście 3DHIP opiera się na udanych zastosowaniach w medycynie weterynaryjnej, gdzie podobne implanty u psów prowadziły do lepszej regeneracji i mniejszego bólu. Implant dostosowany do pacjenta wspiera staw biodrowy bez dużych korekcji kostnych i może przyczynić się do lepszej mobilności oraz opóźnienia potrzeby sztucznego stawu biodrowego w dłuższej perspektywie.
Źródło: https://www.icthealth.org/news/ai-predicts-recovery-and-walking-ability-after-hip-surgery
Źródło: www.icthealth.org