導(dǎo) 語(yǔ)
足部疼痛會(huì)導(dǎo)致人們平衡和步態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題，并增加跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。矯形鞋墊是緩解足部疼痛的重要手段，并已廣泛應(yīng)用于臨床實(shí)踐。最近，一組韓國(guó)的研究人員使用深度學(xué)習(xí)算法成功制作了有較高精度的矯形鞋墊。
1、研究背景
足部疼痛在成年人中很常見(jiàn)，尤其是老年人。據(jù)報(bào)道，足部疼痛在18歲以上成人中的患病率為17%至24% 。它會(huì)導(dǎo)致日常生活活動(dòng)能力下降，平衡和步態(tài)出現(xiàn)問(wèn)題，并增加跌倒的風(fēng)險(xiǎn)。因此，足部疼痛的適當(dāng)治療是重要的。
目前常見(jiàn)的各種治療方法，如口服藥物、物理治療等等沒(méi)有長(zhǎng)期解決足部疼痛的問(wèn)題。足部疼痛的發(fā)展與足部排列的改變有關(guān)，這導(dǎo)致足部負(fù)荷分布異常。矯形鞋墊經(jīng)常被用來(lái)矯正改變的足部排列。矯形鞋墊對(duì)足部疼痛患者的有效性已在之前的研究中得到證實(shí)，并已廣泛應(yīng)用于足部疼痛治療的臨床實(shí)踐中。
但制作一雙好的矯形鞋墊需要考慮各種因素，如足部排列、骨盆運(yùn)動(dòng)和腿長(zhǎng)差異等等，這需要醫(yī)師積累大量的經(jīng)驗(yàn)。對(duì)于沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)的臨床醫(yī)生來(lái)說(shuō)，綜合考慮與足部排列改變相關(guān)的各種因素是困難的。因此研究人員提出，使用深度學(xué)習(xí)算法，通過(guò)使用幾個(gè)測(cè)量結(jié)果作為輸入數(shù)據(jù)，自動(dòng)為腳痛患者開(kāi)具矯形鞋墊。
2、研究概述
用于開(kāi)發(fā)機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)是從鞋墊制造商獲得的。鞋墊是在包括寫(xiě)有體檢結(jié)果，包括靜態(tài)跟骨站立位(RCSP)等信息的鞋墊處方紙的基礎(chǔ)上制作的。處方文件是由一位超過(guò)25年的經(jīng)驗(yàn)的矯形足科醫(yī)生(ISP)撰寫(xiě)的。數(shù)據(jù)集的入選標(biāo)準(zhǔn)為：(1)年齡≥ 20歲，(2)鞋墊是為控制足部疼痛而開(kāi)的，(3)無(wú)神經(jīng)障礙的患者，(4)無(wú)糖尿病足潰瘍的患者，以及(5)存在鞋墊處方紙，包含所有關(guān)于RCSP、骨盆升高、骨盆傾斜和骨盆旋轉(zhuǎn)的信息。
為了測(cè)量RCSP，腳痛患者被要求將他們的腳放在床沿上，并以俯臥姿勢(shì)躺在與地面平行的床上。研究人員手動(dòng)檢查足部，并通過(guò)在腳后跟的頂部、中部和底部放置三個(gè)點(diǎn)來(lái)繪制平分線，而不考慮跟骨周圍的脂肪。當(dāng)患者站在拳頭寬度的距離時(shí)，測(cè)量RCSP（下圖A,B）。
骨盆抬高表示左右髂嵴之間的高度差。它是用測(cè)角儀測(cè)量的，病人站在拳頭寬的距離上。角度計(jì)的左右刀片放置在髂嵴的最高點(diǎn)，測(cè)量骨盆的高度(下圖C)。當(dāng)一個(gè)髂嵴相對(duì)于另一側(cè)的髂嵴升高時(shí)，該值表示為正值，較大的值表示左右骨盆的高度差異較大。為了評(píng)估骨盆傾斜的存在，研究者將拇指放在髂后上棘上(PSIS)，其余手指放在患者的髂嵴上(下圖D)。然后，研究人員要求患者將下背部向前彎曲90度，并評(píng)估研究人員拇指向前傾斜程度的差異(圖1E)。當(dāng)兩個(gè)PSIS的傾斜度對(duì)稱時(shí)，表示為“-”，當(dāng)左PSIS的傾斜度大于左PSIS的傾斜度時(shí)，表示為“+”。
為了測(cè)量骨盆旋轉(zhuǎn)，研究者將角度計(jì)連接到患者的骨盆上，要求患者原地行走，并觀察角度計(jì)的運(yùn)動(dòng)(圖1F)。研究者評(píng)估了角度計(jì)左右兩翼向后運(yùn)動(dòng)的程度是否對(duì)稱。當(dāng)附著在患者PSIS上的角度計(jì)對(duì)稱地向后移動(dòng)時(shí)，被描述為“--”，當(dāng)左側(cè)向后移動(dòng)多于右側(cè)時(shí)，被描述為“+-”
數(shù)據(jù)采集（圖片源自論文）
將改良的足部姿勢(shì)指數(shù)以及足跟提升、整體提升、外側(cè)楔形、內(nèi)側(cè)楔形和跗骨踵處支撐的應(yīng)用設(shè)置為目標(biāo)變量。
目標(biāo)數(shù)據(jù)（圖片源自論文）
實(shí)驗(yàn)總共有838名患者(平均年齡為47.7±14.7歲；323名男性，515名女性)參加。關(guān)于改良的足部姿勢(shì)指數(shù)，對(duì)于左腳，開(kāi)發(fā)模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的平均絕對(duì)誤差(MAE)和均方根誤差(RMSE)分別為1.408和3.365。對(duì)于右腳，開(kāi)發(fā)模型的驗(yàn)證數(shù)據(jù)集的MAE和RMSE分別為1.601和3.549(下表)。
研究結(jié)果（圖片源自論文）
結(jié)果顯示，腳跟提升的準(zhǔn)確性為89.7%。整體提升的準(zhǔn)確性為94.8%。外側(cè)楔形支撐的準(zhǔn)確性為72.2%。內(nèi)側(cè)楔形支撐的準(zhǔn)確性為98.4%。跗骨踵處支撐的準(zhǔn)確性為79.8%。分別對(duì)應(yīng)下圖A~E。
研究結(jié)果（圖片源自論文）
下圖顯示了DNN模型的正確分類和錯(cuò)誤分類。從驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中，足后跟提升和整體提升的應(yīng)用模型分別正確地分類了252個(gè)案例中的226個(gè)和239個(gè)。內(nèi)側(cè)和外側(cè)楔形支撐的模型從驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中分別正確分類了252例中的182例和248例。最后，跗骨踵處支撐的模型從驗(yàn)證數(shù)據(jù)集中正確地分類了252例中的201例?？梢缘贸鼋Y(jié)論，五種模型的總體分類精度較好。然而，內(nèi)側(cè)楔形模型(下圖D)的準(zhǔn)確性較低，因?yàn)檫@些類別的驗(yàn)證數(shù)據(jù)中的患者樣本量較小，導(dǎo)致學(xué)習(xí)不充分。
研究結(jié)果（圖片源自論文）
3、研究意義
這項(xiàng)研究的局限性在于用于開(kāi)發(fā)深度學(xué)習(xí)模型的臨床數(shù)據(jù)樣本量小，這無(wú)法避免一些誤差的存在。但總的來(lái)說(shuō)，研究人員開(kāi)發(fā)了DNN模型，自動(dòng)為足痛患者開(kāi)矯正鞋墊，并且證明了其精度的可靠性。未來(lái)，為了使其精度更高，需要更適當(dāng)?shù)妮斎牒洼敵鰯?shù)據(jù)，并將其在臨床上加以驗(yàn)證。
京公網(wǎng)安備11010802046783號(hào)
