الذكاء الاصطناعي يتنبأ بحدوث مضاعفات قلبية بعد استبدال مفصل الورك

نجح فريق من العلماء في تطوير أداة الذكاء الاصطناعي يتنبأ بحدوث مضاعفات قلبية بعد استبدال مفصل الورك. لا تعد هذه الأداة هي الأولى من نوعها ولكنها نتاج من الأبحاث السابقة التي أدت إلى تطوير هذه الأداة المعتمدة على القليل من البيانات المدخلة .

“لم يتم تحقيق وعد الذكاء الاصطناعي في الرعاية الصحية بالكامل بعد. ويرجع ذلك جزئيًا إلى التحديات الفريدة في هذا المجال. فمن الضروري تصور الأدوات التي يتم تكييفها مع قيود البيانات والخصوصية وقضايا التكلفة. من الممكن تقدير مخاطر ما بعد الجراحة للأحداث القلبية الكبرى دون معرفة جميع عوامل الخطر. أو إجراء اختبارات جديدة، من خلال اكتشاف كيفية تأثير التشخيصات السابقة في ملف المريض على المخاطر. وهذا يعتبر ابداع كبير في استخدام مجموعة من عوامل الخطر المعروفة “.

سيسنو تشاتوبادياي ، دكتوراه ، مؤلف رئيسي للورق الأساسي

قام الدكتور إيشانو وزملاؤه في جامعة شيكاغو بتطوير والتحقق من صحة أداة فحص قائمة على الذكاء الاصطناعي. يحتمل أن تكون الأداة قابلة للتطبيق على نطاق واسع للتنبؤ بمخاطر الأحداث القلبية الضائرة بعد استبدال مفصل الورك أو الركبة . أداة الذكاء الاصطناعي و المسماة درجة مخاطر الاعتلال المشترك القلبية (CCoR) ، تحتاج إلى 12 شهرًا من البيانات من السجل الحالي للمريض في الملف للتنبؤ بدقة بمخاطر حدوث حدث قلبي بعد 2-4 أسابيع من الجراحة الاختيارية.
تتفوق أداة CCoR في الأداء على الأدوات التقليدية المستخدمة للتنبؤ بأحداث القلب العكسية الكبرى (MACE) بعد الجراحة. ويمكنها أيضًا تحديد المرضى المعرضين لمخاطر عالية والذين لا يظهرون عوامل الخطر التقليدية. نُشرت الدراسة بعنوان درجة مخاطر الاعتلال المشترك القلبية: التعلم الآلي بدون أعباء لتحسين التنبؤ بأحداث القلب العكسية الكبرى بعد الجراحة في مفصل الورك والركبة في مجلة جمعية القلب الأمريكية في 29 يوليو 2022.

البحث في و اكتشاف المعرفة

تم إجراء البحث في Zero Knowledge Discovery ZeD Lab (زد) بمعى اكتشاف المعرفة من الصفر بجامعة شيكاغو. يقوم معمل ZeD ، بقيادة البروفيسور إيشانو، بالتحقيق في المبادئ الخوارزمية الأساسية وراء تحليل البيانات مع الحد الأدنى من التدخل البشري. مع وصول ضئيل أو معدوم إلى الخبرة في المجال. يهتم باحثو ZeD Lab بكشف الهياكل الناشئة المعقدة في الأنظمة البيولوجية والفيزيائية والاجتماعية. وفهم وبائيات الأمراض المعقدة، والتنبؤ بشكل موثوق بالأحداث النادرة في الظواهر العشوائية المعقدة.
ورقة البحث CCoR هي الدفعة الثانية في سلسلة من الأوراق حول الدراسات التي أجراها الفريق في(زد). تشير الورقة الأولى إلى أداة فحص لمرض التوحد تعمل بدون أي استبيان محدد يكمله الوالدان أو أي معمل / اختبارات دم. والجزء الثالث عبارة عن ورقة حول أداة فحص للتليف الرئوي مجهول السبب لا تحتاج إلى أي فحوصات دم أو بيانات تصوير الرئة.

“ممارستي هي عمليات استبدال الركبة والورك للمرضى في العيادات الخارجية فقط. معظم مرضاي هم من كبار السن. العديد من مرضاي ضعفاء أو لديهم تاريخ قلبي. قد يساعد دمج نقاط CCoR في EMR في تحديد من يحتاج إلى تقييم للقلب ومن قد يحتاج العملية في مستشفى بدلاً من مركز جراحة “.

الدكتور جيمس فان هورن، جراح عظام متعاون في دراسة CCoR

جراحة استبدال مفصل الورك والركبة

يقوم الدكتور جيمس فان هورن بإجراء حوالي 600 عملية استبدال للركبة والورك للمرضى سنويًا في مركز باراغون لتقويم العظام. الغالبية من مرضاه تزيد أعمارهم عن 65 عامًا والعديد منهم في الثمانينيات والتسعينيات من العمر و لديهم تاريخ من مشاكل القلب. يتم إجراء جراحة استبدال مفصل الورك والركبة لتخفيف آلام المفاصل واستعادة الوظيفة و الحركة بأسرع ما يمكن. يزور العديد من مرضاه طبيب قلب قبل الجراحة لتقييم مخاطر تعرضهم لمشاكل قلبية بعد الجراحة. هذا الاختبار باهظ الثمن وغالبًا ما يستغرق شهورًا. يعتقد الدكتور فان هورن أن الوصول إلى أداة CCoR AI سيكون مفيدًا حقيقيًا لجراحي العظام ومرضاهم.

أداة العبء صفر

تم استخدام خوارزميات التعلم الآلي لتقييم مخاطر حدوث مضاعفات بعد الجراحة في إجراءات مثل جراحات الكبد والبنكرياس والقولون والمستقيم والمعدة. تستخدم معظم هذه الأساليب مجموعة ثابتة من ميزات الإدخال يتم تنظيمها يدويًا مع نتائج من اختبارات معملية محددة ومعلومات ديموغرافية للمريض لتعبئة المدخلات في أدوات التعلم الآلي. يفرض هذا المطلب عبئًا على المرضى والأطباء.
أداة CCoR هي أداة ذات عبء صفر. تحتاج الأداة فقط إلى جنس وعمر المريض و 12 شهرًا من البيانات من السجل الطبي للتنبؤ بدقة بمخاطر حدوث مضاعفات قلبية . حتى مع وجود بيانات أقل، فإن أداة CCoR أكثر دقة من أحدث تدابير المخاطر مثل مؤشر مخاطر القلب المعدل. أداة CCoR قادرة أيضًا على تحديد المرضى المعرضين لمخاطر عالية والذين لا يظهرون عوامل الخطر التقليدية.

تفاصيل الدراسة

1) كانت هذه دراسة رصدية بأثر رجعي.
2) اعتمد الباحثون التنبؤات على 12 شهرًا من التاريخ الطبي قبل إجراء استبدال المفصل.
3) تم استخدام التعلم الآلي لتحليل 126 مليون رمز تشخيص من السجلات الصحية الإلكترونية في تحليل طبقي حسب الجنس.
4) قسم الباحثون مجموعة جميع الأكواد التشخيصية إلى 26 فئة واسعة أطلقوا عليها اسم الأنماط الظاهرية CCoR. على سبيل المثال ، تم التعرف على النمط الظاهري “الضعف” لزيادة مخاطر النتائج القلبية السلبية بعد الجراحة.
5) قام الباحثون بحساب إجمالي 380 ميزة لكل مريض. تم استخدامها بعد ذلك لتدريب مصنف تعزيز التدرج القياسي لتعيين المرضى الفرديين إلى درجة مخاطر أولية.
6) بالإضافة إلى مصنف تعزيز التدرج ، جرب الباحثون نماذج تصنيف بارزة أخرى بما في ذلك الغابات العشوائية والأشجار العشوائية للغاية.
7) ظهر مصنف تعزيز التدرج باعتباره الخيار الأمثل مع أعلى أداء خارج العينة.
8) لم يحدد الباحثون مسبقًا أي رمز تشخيص بناءً على ارتباطه بمخاطر MACE ، باستخدام اكتشاف الأنماط للعثور على السلائف التنبؤية بدلاً من ذلك.

الاستنتاجات والأفكار

1) تفوق CCoR بشكل كبير على (مؤشر مخاطر القلب المنقح) عبر جميع الفئات الفرعية التي تمت دراستها من العمر والجنس والمخاطر والاعتلال المشترك.
2) الاستنتاج الرئيسي من الدراسة هو أن CCoR أفضل بكثير في التنبؤ بحدوث MACE من التنبؤ بعدم حدوثها.
3) خلص الباحثون إلى أن اضطرابات الجهاز التنفسي والقلب والأوعية الدموية هي أهم عوامل الخطر. تليها أمراض الدم و الأمراض التناسلية واضطرابات الجهاز العصبي والالتهابات.
4) حددت CCoR بشكل فعال المرضى المعرضين لمخاطر عالية من الأحداث القلبية العكسية الكبرى مع عدم وجود حالات مؤشر مخاطر القلب المنقحة التي تم تشخيصها مسبقًا.
5) دمج CCoR في أنظمة إدارة الرعاية الصحية الإلكترونية يمكن أن يحسن التقسيم الطبقي للمخاطر قبل الجراحة. بالتالي سيقلل من تكاليف الرعاية الصحية مقارنة بمؤشر مخاطر القلب المنقح.

التوفير المحتمل في التكلفة مع CCoR

يقدر الباحثون أن CCoR لديه القدرة على خفض تكاليف الرعاية الصحية بشكل كبير. تقدر تكلفة حدث قلبي ضار كبير بعد جراحة استبدال مفصل الورك أو الركبة بـ 642 19 دولارًا. وتقدر الإجراءات الإضافية والاختبار وزيادة مدة الإقامة في المستشفى بسبب مؤشر ايجابي من خوارزمية تقييم المخاطر المختارة بمبلغ 10624 دولارًا لكل مريض. تبلغ التكلفة التقديرية لتحقيق نسبة حساسية 40٪ في عموم السكان مع CCoR حوالي 667 مليون دولار في السنة. مع RCRI هذا التقدير هو 1.48 مليار دولار.

الفروق بين الجنسين في تقييم المخاطر

اختلف الرجال والنساء بشكل واضح حول أهمية الأنماط الظاهرية في تقييم المخاطر. فقط 3 من أفضل 5 أنماط ظاهرية كانت متشابهة لدى النساء والرجال. من بين 57 رمزًا تشخيصيًا ذات أعلى معدل انتشار في المرضى الموجودين، كان 3 فقط موجودًا في كل من النساء والرجال. الثلاثة الموجودة في كل من الرجال والنساء هي: سرطان الجلد في الطرف السفلي والورك، ورم خبيث غير محدد في الرئة في جزء غير محدد من القصبات الهوائية، وفشل القلب الاحتقاني العام.
يُظهر المخططان A و B الأداء التنبئي لدرجة CCoR مقارنةً بمؤشر مخاطر القلب المنقح (RCRI) ، للتنبؤ بأحداث القلب العكسية الرئيسية في الأسابيع الأربعة بعد الاستبدال الاختياري للورك أو الركبة.

في الرسم البياني C، تظهر أفضل 20 صفة ظاهرية حسب الجنس بترتيب تنازلي من حيث الأهمية النسبية في تقدير CCoR.

أطياف الاعتلال المشترك

بالإضافة إلى تقدير مخاطر الأحداث القلبية، اكتسب الباحثون نظرة ثاقبة على ارتباطات الاعتلال المشترك المعروفة وغير المعروفة لـ MACE بعد الجراحة. كانت الفروق بين الجنسين أكبر فيما يتعلق بأطياف الاعتلال المشترك. تزداد احتمالية حدوث الاضطرابات المصنفة هنا في المرضى الموجودين في المجموعة الإيجابية. تُظهر اللوحتان (أ) و (ب) أطياف الاعتلال المشترك لكلا الجنسين ، والتي بالرغم من تشابهها ، إلا أن لها اختلافات مهمة.