Predicting Pain Response to a Remote Musculoskeletal Care Program for Low Back Pain Management: Development of a Prediction Tool
Notice bibliographique
Résumé
BACKGROUND: Low back pain (LBP) presents with diverse manifestations, necessitating personalized treatment approaches that recognize various phenotypes within the same diagnosis, which could be achieved through precision medicine. Although prediction strategies have been explored, including those employing artificial intelligence (AI), they still lack scalability and real-time capabilities. Digital care programs (DCPs) facilitate seamless data collection through the Internet of Things and cloud storage, creating an ideal environment for developing and implementing an AI predictive tool to assist clinicians in dynamically optimizing treatment. OBJECTIVE: This study aims to develop an AI tool that continuously assists physical therapists in predicting an individual's potential for achieving clinically significant pain relief by the end of the program. A secondary aim was to identify predictors of pain nonresponse to guide treatment adjustments. METHODS: Data collected actively (eg, demographic and clinical information) and passively in real-time (eg, range of motion, exercise performance, and socioeconomic data from public data sources) from 6125 patients enrolled in a remote digital musculoskeletal intervention program were stored in the cloud. Two machine learning techniques, recurrent neural networks (RNNs) and light gradient boosting machine (LightGBM), continuously analyzed session updates up to session 7 to predict the likelihood of achieving significant pain relief at the program end. Model performance was assessed using the area under the receiver operating characteristic curve (ROC-AUC), precision-recall curves, specificity, and sensitivity. Model explainability was assessed using SHapley Additive exPlanations values. RESULTS: At each session, the model provided a prediction about the potential of being a pain responder, with performance improving over time (P<.001). By session 7, the RNN achieved an ROC-AUC of 0.70 (95% CI 0.65-0.71), and the LightGBM achieved an ROC-AUC of 0.71 (95% CI 0.67-0.72). Both models demonstrated high specificity in scenarios prioritizing high precision. The key predictive features were pain-associated domains, exercise performance, motivation, and compliance, informing continuous treatment adjustments to maximize response rates. CONCLUSIONS: This study underscores the potential of an AI predictive tool within a DCP to enhance the management of LBP, supporting physical therapists in redirecting care pathways early and throughout the treatment course. This approach is particularly important for addressing the heterogeneous phenotypes observed in LBP. TRIAL REGISTRATION: ClinicalTrials.gov NCT04092946; https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04092946 and NCT05417685; https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT05417685.
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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 | 0,004 | 0,014 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,001 | 0,001 |
| Bibliométrie | 0,001 | 0,001 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,001 | 0,001 |
| Science ouverte | 0,001 | 0,001 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,001 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 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 ».