Automated design of nighttime braces for adolescent idiopathic scoliosis with global shape optimization using a patient-specific finite element model
Notice bibliographique
Résumé
Adolescent idiopathic scoliosis is a complex three-dimensional deformity of the spine, the moderate forms of which require treatment with an orthopedic brace. Existing brace design approaches rely mainly on empirical manual processes, vary considerably depending on the training and expertise of the orthotist, and do not always guarantee biomechanical effectiveness. To address these issues, we propose a new automated design method for creating bespoke nighttime braces requiring virtually no user input in the process. From standard biplanar radiographs and a surface topography torso scan, a personalized finite element model of the patient is created to simulate bracing and the resulting spine growth over the treatment period. Then, the topography of an automatically generated brace is modified and simulated over hundreds of iterations by a clinically driven optimization algorithm aiming to improve brace immediate and long-term effectiveness while respecting safety thresholds. This method was clinically tested on 17 patients prospectively recruited. The optimized braces showed a highly effective immediate correction of the thoracic and lumbar curves (70% and 90% respectively), with no modifications needed to fit the braces onto the patients. In addition, the simulated lumbar lordosis and thoracic apical rotation were improved by 5° ± 3° and 2° ± 3° respectively. Our approach distinguishes from traditional brace design as it relies solely on biomechanically validated models of the patient's digital twin and a design strategy that is entirely abstracted from empirical knowledge. It provides clinicians with an efficient way to create effective braces without relying on lengthy manual processes and variable orthotist expertise to ensure a proper correction of scoliosis.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,001 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,002 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».