층간 접근법을 통한 내시경 디스크 절제술을 기반으로 한 기계 학습을 통한 L5-S1 요추 추간판 탈출증의 재발 예측

Jinyu Chen; Yanyan Fan; Peng Liu; Zhiming Cui; Jiajia Chen

doi:10.3791/68550

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연구 논문

층간 접근법을 통한 내시경 디스크 절제술을 기반으로 한 기계 학습을 통한 L5-S1 요추 추간판 탈출증의 재발 예측

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DOI:

10.3791/68550

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2025년 7월 11일

Jinyu Chen¹^,² , Yanyan Fan³ , Peng Liu¹^,⁴ , Zhiming Cui¹^,⁴ , Jiajia Chen¹^,⁴

¹Department of Spine Surgery, Affiliated Hospital 2 of Nantong University, ²Nantong Clinical Medical College of Kangda College of Nanjing Medical University, ³Nantong Hospital to Nanjing University of Chinese Medicine, ⁴Research Institute for Spine and Spinal Cord Disease of Nantong University

이 논문에서

요약

PEID 수술 후 L5-S1 추간판 탈출증 재발을 예측하기 위해 309명의 환자 데이터를 분석한 머신러닝 모델이 개발되었습니다. 주요 예측 변수에는 BMI와 PDHI가 포함되었으며, 랜덤 포레스트(random forest)와 익스트림 그래디언트 부스팅 모델(extreme gradient boosting model)이 최고의 성능을 보였습니다.

초록

본 연구는 L5-S1 요추 추간판 탈출증에 대한 최소 침습적 치료인 경피적 내시경 층간 추간판 절제술(PEID) 후 L5-S1 수준의 재발성 요추 디스크 탈출증(rLDH)을 예측하기 위한 기계 학습(ML) 모델을 개발하는 것을 목표로 했습니다. 2020년 1월부터 2024년 6월 사이에 단일 레벨 L5-S1 PEID를 받은 환자 309명의 데이터를 최소 6개월의 추적 관찰과 함께 분석했습니다. 임상 기록, 수술 전 영상 및 VAS(Visual Analog Scale) 점수가 사용되었습니다. LASSO 회귀를 통해 주요 예측 변수를 식별했으며, SVM(Support Vector Machine), DT(Decision Tree), ADA(Adaptive Boosting), LGBM(Light Gradient Boosting Machine), RF(Random Forest) 및 XGB(Extreme Gradient Boosting)의 6가지 ML 모델이 구축되었습니다. 환자 중 10.7%는 ≥60%의 VAS 감소로 정의되는 rLDH를 경험한 후 증상 재발 및 영상 확인이 뒤따랐습니다. 주요 예측 변수로는 체질량 지수(BMI), 후방 디스크 높이 지수(PDHI), 척추관 협착증, 질병 기간, 무감각 또는 쇠약, 모딕 변화, 탈장 유형, 당뇨병 등이 있습니다. RF 및 XGB 모델이 가장 잘 수행되었습니다. 높은 BMI, 높은 PDHI, 척추관 협착증, 6개월 이상의 질병 지속 기간, Modic 변화, 비억제 탈장 및 당뇨병은 rLDH 위험을 증가시켰습니다. 변수 중요도는 두 모델 모두에 대해 순위가 매겨졌습니다. 수술 전에 rLDH를 예측하면 의사 결정을 개선하고 PEID 후 재발 위험을 줄일 수 있으며, ML 모델은 정확도를 개선하고 중요한 위험 요인을 식별할 수 있습니다.

서론

경피적 내시경 요추 디스크 절제술(PELD)은 경피적 내시경 경추간판 절제술(PETD)과 경피적 내시경 층간 추간판 절제술(PEID)과 같은 다양한 기술을 포함하며, 병변 위치와 환자 개인의 해부학적 특성에 따라 수술 방법을 선택할 수 있습니다¹. 재발성 요추 추간판 탈출증(rLDH)은 PELD 후 재수술의 가장 흔한 이유 중 하나이며, 발생률은 0%에서 12.5^%^2,3 사이입니다. PEID는 최소 침습 기술로서 L5-S1 수준의 추간판 탈출증과 같은 요추 질환의 치료에 널리 적용되어 왔습니다. 최소한의 외상, 짧은 입원 기간, 빠른 수술 후 회복 등의 장점으로 인해 임상의와 환자 모두에게 높은 선호도를 얻고 있다⁴. 그러나 내시경 기법이 수술 외상을 줄이고 빠른 회복을 촉진하는 데 있어 상당한 이점을 가지고 있음에도 불구하고, 일부 환자들은 여전히 수술 후 재발성 추간판 탈출증 문제에 직면해 있다⁵.

요추 추간판 탈출증의 재발은 추간판 ....