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Erschienen in: Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery 2/2024

03.10.2023 | Hip Arthroplasty

AI-based hip prosthesis failure prediction through evolutional radiological indices

verfasst von: Matteo Bulloni, Francesco Manlio Gambaro, Katia Chiappetta, Guido Grappiolo, Valentina Corino, Mattia Loppini

Erschienen in: Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery | Ausgabe 2/2024

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Abstract

Introduction

This study aimed to develop artificial intelligence models for predicting hip implant failure from radiological features. Analyzing the evolution of the periprosthetic bone and implant’s position throughout the entire follow-up period has shown the potential to be more relevant in outcome prediction than simply considering the latest radiographic images. Thus, we investigated an AI-based model employing a small set of evolutional parameters derived from conventional radiological features to predict hip prosthesis failure.

Materials and methods

One hundred sixty-nine radiological features were annotated from historical anteroposterior and lateral radiographs for 162 total hip arthroplasty patients, 32 of which later underwent implant failure. Linear regression on each patient’s chronologically sorted radiological features was employed to derive 169 corresponding evolutional parameters per image. Three sets of machine learning predictors were developed: one employing the original features (standard model), one the evolutional ones (evolutional model), and the last their union (hybrid model). Each set included a model employing all the available features (full model) and a model employing the few most predictive ones according to Gini importance (minimal model).

Results

The evolutional and hybrid predictors resulted highly effective (area under the ROC curve (AUC) of full models = 0.94), outperforming the standard one, whose AUC was only 0.82. The minimal hybrid model, employing just four features, three of which evolutional, scored an AUC of 0.95, proving even more accurate than the full one, exploiting 173 features. This tool could be shaped to be either highly specific (sensitivity: 80%, specificity: 98.6%) or highly sensitive (sensitivity: 90%, specificity: 92.4%).

Conclusion

The proposed predictor may represent a highly sensitive screening tool for clinicians, capable to predict THA failure with an advance between a few months and more than a year through only four radiological parameters, considering either their value at the latest visit or their evolution through time.
Literatur
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Zurück zum Zitat Louppe G, Wehenkel L, Sutera A, Geurts P (2013) Understanding variable importances in forests of randomized trees. Proceedings of the 26th international conference on neural information processing systems, volume 1. Curran Associates Inc., Red Hook, pp 431–439 Louppe G, Wehenkel L, Sutera A, Geurts P (2013) Understanding variable importances in forests of randomized trees. Proceedings of the 26th international conference on neural information processing systems, volume 1. Curran Associates Inc., Red Hook, pp 431–439
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Metadaten
Titel
AI-based hip prosthesis failure prediction through evolutional radiological indices
verfasst von
Matteo Bulloni
Francesco Manlio Gambaro
Katia Chiappetta
Guido Grappiolo
Valentina Corino
Mattia Loppini
Publikationsdatum
03.10.2023
Verlag
Springer Berlin Heidelberg
Erschienen in
Archives of Orthopaedic and Trauma Surgery / Ausgabe 2/2024
Print ISSN: 0936-8051
Elektronische ISSN: 1434-3916
DOI
https://doi.org/10.1007/s00402-023-05069-5

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